Właściwości mechaniczne materiałów Gęstość materiału Dla zrozumienia mechanicznych właściwości materiałów bardzo ważny jest sposób wzajemnego ułożenia atomów w materiale ( w ich strukturach przestrzennych ). Gęstość materiału zależy przede wszystkim od: - masy i rozmiarów składających się na materiał atomów, - efektywności z jaką atomy wypełniają przestrzeń w kryształach i szkłach. Większość metali ma dużą gęstość, bo atomy są ciężkie i gęsto ułożone. Polimery i wiele ceramik mają gęstości znacznie mniejsze, bo atomy, z których są zbudowane (C, H, O), są lekkie, a struktury, które przyjmują, nie są strukturami gęstego ułożenia. Ułożenie atomów w kryształach Wiele materiałów inżynierskich (np. prawie wszystkie metale i ceramiki ) jest zbudowanych z małych kryształów , w których atomy są ułożone według regularnie powtarzających się, trójwymiarowych wzorów. Ułożenie atomów w najprostszym z takich kryształów można zrozumieć, jeśli wyobrazimy sobie, że atomy są sztywnymi kulami (chociaż na podstawie rozważań poprzedniego rozdziału powinno być oczywiste, że jest to znaczne, chociaż wygodne, uproszczenie). Aby sytuację jeszcze bardziej uprościć, załóżmy na razie, że materiał, którym się zajmujemy, jest czysty w tym sensie, że możemy rozpatrywać tylko jeden rozmiar sz tywnych kul , a jego wiązania nie wykazują kierunkowości , tak że jedynym ograniczeniem w rozmieszczeniu kul są ograniczenia wynikające z geometrii . Czysta miedź jest dobrym przykładem materiału spełniającego te warunki. W celu znalezienia wzoru trójwymiarowego ułożenia atomów wygodnie jest (przynajmniej w myśli): — rozpocząć od układania atomów w dwu wymiarach , budując płaszczyzny atomowe , a następnie — układać te płaszczyzny jedne na drugich dla uzyskania kryształu . Struktury gęstego ułożenia kryształów Dobrym przykładem płaskiego ułożenia atomów na płaszczyźnie jest układ kul bilardowych na początku jednej z odmian tej gry (snookera). Kule są ułożone w trójkąt, tak aby zajmowały na stole jak najmniej miejsca. Taki płaski układ kul jest nazywany płaszczyzną gęstego ułożenia i zawiera trzy rodzaje kierunków gęstego ułożenia . Rysunek pokazuje oczywiście jedynie niewielki obszar płaszczyzny gęstego ułożenia - mając więcej kul, moglibyśmy ten układ rozszerzać na boki wypełniając cały stół bilardowy. To, na co powinniśmy zwrócić uwagę, to sposób w jaki są ułożone kule - regularny , powtarzający się, dwuwymiarowy wzór . Krystaliczna struktura metali ELEMENTY SIECI PRZESTRZENNEJ KRYSZTAŁU W kryształach atomy są ułożone w odstępach okresowo powtarzających się w co najmniej trzech
(…)
…).
UKŁADY I SIECI KRYSTALOGRAFICZNE METALI
Metale krystalizują wyłącznie w pięciu układach krystalograficznych: regularnym,
heksagonalnym, tetragonalnym, rombowym i romboedrycznym. Większość metali krystalizuje w układach krystalograficznych charakteryzujących się wysoką
symetrią i dużą gęstością zapełnienia sieci przestrzennej atomami, w szczególności w sieciach:
A1 - ściennie (płasko) centrowanej układu regularnego (RSC),
A2 - przestrzennie centrowanej układu regularnego (RPC),
A3 - heksagonalnej o gęstym ułożeniu atomów (HGU), niekiedy zwanej heksagonalną zwartą (HZ).
Własności metali, w tym głównie podatność na odkształcenie plastyczne, w dużej mierze zależą od typu sieci przestrzennej.
POLIMORFIZM METALI
Wiele metali pod wpływem zmian temperatury i ciśnienia wykazuje skłonność do
przebudowy sieci…
… dylatacją. Jeśli zmiana objętości jest równa DV, a objętość sześcianu V, dylatację określamy jako:
Ponieważ odkształcenia są stosunkiem dwu długości lub dwu objętości, są one
wielkościami bezwymiarowymi (niemianowanymi).
Prawo Hooke'a
Moduły sprężystości są zdefiniowane przez prawo Hooke'a, które jest właściwie
opisem sytuacji doświadczalnej stwierdzającym, że dla wielu materiałów małe
odkształcenia są w przybliżeniu proporcjonalne do naprężeń. Nominalne odkształcenie normalne jest proporcjonalne do naprężenia normalnego.
gdzie: E - moduł Younga. Odkształcenie postaciowe jest proporcjonalne do naprężenia stycznego. gdzie G - moduł odkształcenia postaciowego (Kirchoffa)
Ujemna dylatacja jest proporcjonalna do ciśnienia (bo dodatnie ciśnienie powoduje zmniejszenie objętości) gdzie K -. moduł ściśliwości…
… grupą materiałów inżynierskich. Są one znacznie bardziej
złożone strukturalnie niż metale i dlatego mają specyficzne właściwości mechaniczne. Przykładem jest wyjątkowa elastyczność gumowej taśmy, czy też łatwość nadawania różnych kształtów polietylenowi. Polimery są olbrzymimi łańcuchowymi cząsteczkami, w których atomy tworzące zasadniczy szkielet łańcucha są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi…
… (kopolimer nieuporządkowany), albo w określony sposób (kopolimer blokowy). Przykładem może być tu elastomer styrenowo-butadienowy, SBR:
Polimery tworzą długie, elastyczne łańcuchy podobne do spaghetti. Istotne jest to,
że w wielu polimerach łańcuchy są ułożone przypadkowo, a nie według regularnego, trójwymiarowego wzoru. Takie polimery są zatem niekrystaliczne, inaczej amorficzne. W innych polimerach…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)