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 (

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?