Upload
others
View
63
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
STIINTA SI INGINERIAMATERIALELORCURS 2
PROPRIETATILE MATERIALELOR
Abordare din punctul de vedere al utilizatorului de materiale:
Proprietati mecanicefizicechimice
tehnologice
PROPRIETATI MECANICE
• Caracterizează răspunsul unor eşantioane de material cu forme şidimensiuni standardizate (epruvete) la solicitări simple, de natură pur mecanică.
• Unei proprietăţi mecanice îi este asociată întotdeauna o valoare numerică.
Clasificarea încercărilor
A. Dupa tipul solicitarii aplicate Axiala TractiuneCompresiune
Incovoiere
Forfecare
Rasucire
Presiune de contact
PROPRIETATI MECANICE
B. Dupa modul de aplicare a sarciniiStatica Progresiva
RegresivaOscilantaConstanta
Dinamica SocModul / orientare variabila
C. Dupa temperatura Rece (<0°C)AmbiantCald (<300°C)
PROPRIETATI MECANICE
INCERCAREA LA TRACTIUNE
Fig.1 Epruveta cu secţiune rotundă pentru încercarea la tracţiune;S0-secţiunea iniţială; Lt-lungimea totală; Lc-lungimea porţiunii calibrate;
L0-lungimea iniţială între repere (lungimea măsurată pentru calculul extensiei).
PROPRIETATI MECANICE
Rezistenţa mecanică (general): definită prin reacţiunea cu care materialul se poate opune unui efort la care este supus şi se calculează ca raport între forţă şi secţiunea transversală a epruvetei
[R] = MPa =N/mm2
S0 > S → R < σ
SF=s
0SFR =
PROPRIETATI MECANICE
Curba de tracţiuneforţă - deformaţie
Curba caracteristică la tracţiune a materialului
PROPRIETATI MECANICE
Zone caracteristice: deformaţie elastică proporţională (O-A) neproporţională (A-B);
deformaţie plastică curgere (B-C’)ecruisare (C’-D)gâtuire (D-rupere)
Deformaţia elastică proporţională: legea lui Hooke
llSEF D
´=
0
es ´= E
PROPRIETATI MECANICE
Rezistenta
Rezistenta de rupere la tractiuneRaportul dintre valoarea maxima a fortei pe curba
caracteristica si sectiunea initiala
Limita de curgere tehnicaRaportul dintre forta care produce o deformatie
neproportionala prescrisa (cel mai frecvent 0.2%)si sectiunea initiala
Performante: metale / compozite > ceramici > polimeri
0SF
R mm =
0
2.02.0 S
FR pp =
PROPRIETATI MECANICE
Curba de tracţiuneforţă - deformaţie
Curba caracteristică la tracţiune a materialului
PROPRIETATI MECANICE
Ductilitatea Capacitatea materialului de a se deforma plastic inainte de rupere(notiuni conexe: plasticitate, maleabilitate); opusul ductilitatii = fragilitate
Alungirea procentuala dupa rupere Coeficient de gatuire
Performante: polimeri / metale >> ceramici
1000
0 ´-
=SSS
Z u [%]1000
0 ´-
=lll
A u [%]
PROPRIETATI MECANICETenacitatea
Capacitatea materialelor de a inmagazina energie fara sa se rupa
Material tenace: Rezistent + Ductil(presupune inclusiv rezistenta la socuri – rezilienta)
Tenacitatea la rupere: capacitatea de a rezista la propagarea unei fisuri existente
Performante: metale / compozite > polimeri >> ceramici
PROPRIETATI MECANICE
Rigiditatea
Caracterizeaza modul in care se opun materialele deformarii elasticesub actiunea fortelor exterioare
E = tg α
Performante: compozite / multimateriale > ceramici / metale >> polimeri
Polimeri: 0.001 – 4GPaMetale: Pb - 12GPa; oteluri – 210GPa; Al – 80GPa; Ti – 113GPa;Fibre grafit - 290GPa; Fibre sticla – 17-GPa
PROPRIETATI MECANICEDuritatea
Capacitatea materialelor de a se opune patrunderii penetratorilor exteriori
Cel mai frecvent se masoara static Mohs – minerale (ceramici)Knoop – toate categoriileBrinell (HB), Rockwell(HRB, HRC,...) – metaleVickers – metale, ceramiciShore – polimeri
Performante: ceramici > metale >> polimeri
PROPRIETATI CHIMICE Esential: stabilitatea chimica
Timp (problema la polimeri)Caldura + alte radiatii (problema la polimeri)Medii agresive (problema la polimeri si metale)
Metale: coroziune chimica - reactie cu agenti puternic oxidanti
electrochimica - reactie redox in mediu electrolitic
metalul care se oxideaza – anod
PROPRIETATI CHIMICEAnod: (oxidare)
Catod: (reducere)
→ M(OH)2 MO
-+ +® eMM 22
-- ®++ OHOOHe 2212 22
¾¾ ®¾uscare
MO – pelicula protectoare daca e stabila chimicaderentaimpermeabila
Exemple: Al, Ti, otel inoxidabil
PROPRIETATI CHIMICECauza polarizarii: diferenta de potential de electrod
Potential „0” de referinta – „electrodul normal de hidrogen” reactia la echilibru, presiunea H = 1 atm.-+ +Û eHH 222
Metal Au+ Pt2+ Ag+ Cu+ H+ Ni2+ Co2+ Fe2+ Cr3+ Zn2+ Ti3+ Al3+
Potenţialstandard[V]
1,692 1,18 0,799 0,521 0 -0,257 -0,28 -0,447 -0,744 -0.76 -1,37 -1.66
Me1 / Me2 = anod / catod daca V1 < V2 si exista contact electric Me1 - Me2
→ Me1 se corodeaza (daca Me1O nu protejeaza)
Metode de prevenire a coroziunii:
Metode care tin de:
A. Conditiile exterioareA.1. mediul coroziv
combinare de factori: temperatura, particule abrazive, tensiuniinhibitori, absorbanti de umiditate (desicanti), etc.
A.2. cuplurile de materiale in contact (coroziune electrochimica)coroziunea apare la anod (atentie la potentialele de electrod)protectie catodica – anozi de sacrificiu – Zn / otel, etc.
B. Materialul de protejat
Metode de prevenire a coroziunii:B. Materialul de protejat
B.1 Acoperiri de protectie
Polimerice: vopsea (grund), straturi polimerice, pulberi
Metalice: electrodepunere la rece - Ni, Cr. Cd, etc.la cald - Zn
depunere chimica – Ni
placare prin presare la cald (cladding) – Al / aliaj Al, Cu / otel, etc.
metalizare cu pulberi – HVOF, plasma, laser, etc.
Ceramice: oxizi: Ex. pasivare anodica (eloxare pt. Al)
portelan (smalt) / fonta, otel, Al, etc.
B.2. Utilizarea de aliaje rezistente la coroziune oteluri rezistente la coroziune ( ̴ inoxidabile), Al (ATENTIE cuplu electrochimic!), Ni, Co, Ti, etc.
Metode de prevenire a coroziunii:B. Materialul de protejat
Metode de prevenire a coroziunii:B. Materialul de protejat
Al / Oţel
PROPRIETATI TEHNOLOGICE
Proprietati generale care caracterizeaza modul in care un material se poate prelucra prin diverse tehnologii
Exemple: TurnabilitateAschiabilitateDeformabilitateSudabilitate...
Intrebari de autoevaluare1. De cate tipuri sunt incercarile mecanice?2. Care este diferenta dintre rezistenta reala si cea conventionala?3. Care este definitia rezistentei de rupere la tractiune? Dar a rezistentei de
curgere tehnica?4. Care este unitatea de masura a rezistentei mecanice?5. Prin ce difera deformatia elastica proportionala de cea neproportionala?6. Care sunt domeniile de deformare plastica?7. Ce este ductilitatea? Care este opusul acesteia? Ce inseamna casant?8. Definiti tenacitatea si rigiditatea.9. In timpul incercarii la tractiune a unei epruvete cu diametrul calibrat initial
de 10 mm, forta maxima inregistrata a fost de 3000 daN. Care este rezistenta de rupere la tractiune a materialului epruvetei?
10. Comentati afirmatiile urmatoare:• Ceramica este fragila dar nu neaparat casanta;• Un otel de scule este casant;• Tenacitatea este rezistenta la socuri a materialului;• Cauciucul este ductil;• Un aliaj tenace este si ductil;• Un aliaj ductil este si tenace.
Intrebari de autoevaluare11. Care sunt tipurile de coroziune si prin ce difera ele?12. Care sunt dezavantajele polimerilor din punctul de vedere al stabilitatii chimice?13. O proba de aluminiu si una de cupru intre care se realizeaza un contact electric sunt introduse in apa industriala. Care se va coroda si ce se va obtine la anod? Dar in cazul in care in loc de aluminiu se introduce o proba din argint? 14. In ce mod se pot imbina piese din aluminiu tehnic cu piese din otel?15. In ce moduri se pot proteja la coroziune piesele din otel?16. Comentati rezistenta la coroziune a aluminiului.17. Care este explicatia rezistenteila coroziune a titanului? Dar a otelului inoxidabil?