Alegerea Materialelor pentru Aplicații Tehnice

1. PROCESUL DE ALEGERE AL MATERIALELOR

Problema alegerii materialelor presupune una din următoarele situaţii diferite:

1. Alegerea materialelor pentru un produs nou sau o proiectare nouă.

2. Reevaluarea unui produs sau proiect nou pentru a reduce preţul de cost, a creşte fiabilitatea, a îmbunătăţi performanţele etc.

Alegerea materialului convenabil este o etapă cheie într-un proces de proiectare deoarece reprezintă decizia crucială care leagă calculele dintr-un proiect ingineresc de realizarea efectivă a unui produs. Vastitatea acestei decizii se poate aprecia dacă luăm în consideraţie cele peste 40.000 aliaje metalice utilizate curent şi probabil tot atâtea materiale nemetalice ce pot forma un produs. O alegere nepotrivită a materialului poate conduce nu numai la o componentă (o întregă piesă) nereuşită ci şi la un cost necorespunzător. A

Cel mai adesea alegerea materialelor se bazează pe experienţa anterioară. Observaţiile anterioare reprezintă într-adevăr o soluţie, dar nu e neapărat să fie şi soluţia optimă.

În cadrul studiilor efectuate s-a urmărit, în special, elaborarea metodelor de alegere a materialelor destinate unor anumite utilizări specifice, în funcţie de proprietăţile lor fizice, termice, reologice şi tribologice, precum şi stabilirea unor metode de proiectare a unor articole tehnice de cauciuc, a matriţelor şi filierelor.

Proprietăţile materialelor se exprimă prin două tipuri de specificaţii:

-specificaţii de performanţă (de execuţie)

-specificaţii de produs.

Specificaţiile de performanţă stabilesc condiţiile funcţionale de bază ale produsului şi precizează parametrii de la care trebuie începută proiectarea. Ele se bazează pe faptul că produsul trebuie să îndeplinească anumite condiţii şi pe evaluarea oricărui risc şi consecinţe ale distrugerii. Specificaţiile de produs definesc condiţiile în care componentele proiectului sunt procurate sau fabricate.

Specificaţiilor de produs sunt reprezentate de proprietăţile materialului.

1.1. CLASIFICAREA MATERIALELOR

I. METALE - 82 in tabelul periodic

II. CERAMICI - Materiale formate din compuşi anorganici, fara caracter metalic

III. POLIMERI - Materiale organice macromoleculare constituite din lanturi lungi de atomi

IV. MATERIALE COMPUSE:

-COMPOZITE

-MULTIMATERIALE STRATIFICATE- Straturi din materiale diferite imbinate solidar, care se comporta ca un material unitar

V. LEMN

2. MATERIALE METALICE

În construcţia maşinilor, aparatelor, instrumentelor de măsură, dispozitivelor de lucru, scule etc. se folosesc în mod curent metalele şi aliajele lor. Cele mai folosite metale sunt: Fe, Al, Cu, Mg, Zn, Ti, Ni…Practic nu se folosesc metale pure, ci aliaje.

La alegerea metalelor se iau in considerare proprietăţile acestora:

• mecanice: rezistenta, ductilitatea, tenacitatea, rigiditatea, duritatea

• fizice: densitatea, conductivitatea electrica, conductivitatea termica, dilatarea termica, proprietăţi magnetice

• chimice: stabilitatea chimica, coroziune chimica; coroziune electro-chimica

• tehnologice: turnabilitate, aşchiabilitate, deformabilitate, sudabilitate

Materialele metalice:

-metale feroase: fonte si oţeluri

-metale si aliaje neferoase: cupru, aluminiu, zinc etc.

2.1. METALE FEROASE

Metalele feroase sunt aliaje ale fierului cu carbonul si cu alte elemente obişnuite; siliciu, mangan, sulf si fosfor etc.

Din categoria materialelor feroase fac parte: oţelurile şi fontele.

Oteluri – aliajele de la 0 la 2,11% C

Fonte – aliajele de la 2,11 la 6,67% C

Fig.1. Diagrama fier-carbon Fe-C

2.1.1. OŢELURI:

Otelurile – aliajele fier-carbon de la 0 la 2,11% C

Cu cât conţinutul de carbon este mai mare, cu atât oţelul este mai rezistent şi mai dur.

A. Clasificare:

a1) Dupa conţinutul de carbon:

-oţel moale: 0,05…0,3 % C (nu se călesc)

-oţel semidur: 0,3…0,6% C

-oţel dur: 0,6…2,11% C

a2) După componente:

-oţel nealiat (oţel carbon): conţinutul în elemente uzuale nu depăşeşte procentul uzual (siliciu 0,35%, mangan 0,8% etc.);

-oţel aliat: conţine şi alte elemente (crom, nichel, wolfram etc.) pentru obţinerea unor calităţi mecanice, fizice şi chimice deosebite

a3) Dupa destinatie

-oţeluri cu destinaţie generala (otel carbon de uz general)

- oţeluri cu destinaţie precizata (tevi, masini unelte automate, cazane, …)

a4) Dupa modul de obtinere a semifabricatelor

-oţeluri deformate plastic (forjate şi laminate)