Vjerojatno bismo trebali početi s konstatacijom da je popis mehaničkih svojstava materijala prilično dugačak. U opisima, neki su prikazani važnijima i uobičajenijima od drugih. Stoga temu promatramo iz inženjerske perspektive.
Moraju se poznavati neke osnove kako bismo mogli razlikovati vrste metala jedne od drugih te kako bismo donosili informiranu odluku koje materijale koristiti u koju svrhu.

 

Materijalno naprezanje i deformacija

Kada je riječ o obradi metala, prvo moramo objasniti neke od fizičkih koncepata iza mehaničkih svojstava materijala. Glavni je tlak. On vam govori kolika je sila koja djeluje na neko područje. U strojarstvu se uglavnom izražava u MPa ili N/mm2. Formula je:

σ=F/A, gdje je F sila (N), a A površina (mm2).

Drugi važan koncept je naprezanje. Deformacija nema jedinicu jer je omjer duljina. Izračunava se na sljedeći način:

ε=(l-l0)/l0, gdje je l0 početna ili početna duljina (mm), a l rastegnuta duljina (mm).

 

Youngov modul

Iz ta dva koncepta dolazimo do naših prvih mehaničkih svojstava – krutosti i elastičnosti kao suprotnosti. To je važan faktor za inženjere pri rješavanju fizikalnih problema (prikladnost materijala za određenu primjenu).

 

Čvrsti materijal se ne sabija niti izdužuje lako

Krutost se izražava kao Youngov modul, također poznat kao modul elastičnosti. Kao jedno od primarnih mehaničkih svojstava materijala, ono definira odnos između naprezanja i deformacija – što je njegova vrijednost veća, to je materijal krući.

To znači da bi isto opterećenje različito deformiralo dva dijela jednake veličine ako imaju različite Youngove module. U isto vrijeme, manja vrijednost znači da je materijal elastičniji.

Formula za Youngov modul:

E=σ/ε (MPa)

 

Čvrstoća popuštanja

Granica tečenja  je vrijednost koja se najčešće koristi u inženjerskim proračunima. Materijalu daje vrijednost naprezanja koju može podnijeti prije plastične deformacije. To se mjesto naziva granica tečenja. Prije njega materijal ponovno dobiva svoj prijašnji oblik prilikom podizanja tereta. Nakon prelaska granice tečenja, deformacija je trajna.

 

Krivulja naprezanje-deformacija

Postoji dobar razlog za korištenje granice tečenja kao najvažnijeg faktora u strojarstvu. Kao što se može vidjeti iz krivulje naprezanje-deformacija, kada naprezanje prijeđe granicu tečenja, oštećenje još nije katastrofalno. To ostavlja “jastuk” prije nego što konstrukcija potpuno otkaže do točke loma.

 

Vlačna čvrstoća

Krajnja vlačna čvrstoća, ili samo vlačna čvrstoća, sljedeći je korak od granice razvlačenja. Ova vrijednost označava maksimalni stres koji materijal može podnijeti prije loma.

Prilikom odabira prikladnog materijala za toleriranje poznatih sila, dva materijala sa sličnom granicom tečenja mogu imati različite vlačne čvrstoće. Veća vlačna čvrstoća može pomoći u izbjegavanju nezgoda ako se primijene nepredviđene sile.

 

Plastičnost

Plastičnost je mehaničko svojstvo materijala koje pokazuje sposobnost deformiranja pod naprezanjem bez loma, zadržavajući deformirani oblik nakon podizanja tereta. Metali veće plastičnosti su bolji za oblikovanje. To je vidljivo kod savijanja metala.

Dva povezana mehanička svojstva materijala su duktilnost i savitljivost. Duktilnost ima prilično sličan opis plastičnosti – to je sposobnost materijala da se podvrgne plastičnoj deformaciji prije loma. Izražava se kao postotak izduženja ili postotak smanjenja površine. U osnovi, duktilnost je svojstvo koje vam je potrebno kada, na primjer, izvlačite tanke metalne žice. Dobar primjer takvog duktilnog materijala je bakar. To omogućuje izradu žica.

Savitljivost je, po definiciji, također slična. Ali zapravo karakterizira prikladnost materijala za tlačnu deformaciju. U biti, metal s dobrom savitljivošću prikladan je za proizvodnju metalnih ploča ili limova valjanjem ili udaranjem čekićem.

 

Žilavost

Žilavost je kombinacija čvrstoće i plastičnosti. Čvrst materijal može podnijeti jake udarce bez pucanja. Žilavost se često definira kao sposobnost materijala da apsorbira energiju bez pucanja.

Žilavost materijala bitna je kod takvih strojeva

Primjer potrebne žilavosti su utovarivači u kamenolomu. Bacanje ogromnog kamenja u kante rezultira deformacijama, a ne pukotinama, ako je materijal tvrd.

 

Tvrdoća

Još jedan važan atribut za inženjerski materijal. Visoke vrijednosti tvrdoće pokazuju da je materijal otporan na lokalne pritiske. Jednostavnim rječnikom rečeno, tvrdi materijal nije lako ostrugati ili ostaviti trajne tragove (plastična deformacija). Posebno je važno kada se odvijaju teški procesi trošenja. U takvim okolnostima prikladni su tvrdi materijali. Tvrdoća i žilavost dvije su kvalitete koje čine izdržljivost. Tvrdoća se mjeri grebanjem, odbijanjem ili udubljenjem. Najčešći način za opisivanje tvrdoće je kroz tvrdoću udubljenja. Postoje različiti načini za izvođenje ovih testova, ovisno o materijalu. Svaki rezultira različitom jedinicom tvrdoće – Brinell, Vickers ili Rockwell. Ako želite usporediti 2 materijala koji imaju vrijednosti tvrdoće u različitim sustavima, prvo ih morate pretvoriti u isti tip (npr. Vickers). Lomljivost

Lomljivost je obično prilično neželjeno svojstvo materijala u strojarstvu. To znači da se materijal lomi bez primjetne plastične deformacije. Pokazatelj lomljivosti materijala je zvuk pucanja koji proizvodi pri lomljenju. Krhki materijali ostavljaju slomljene rubove koji prepoznatljivo pripadaju jedan drugome. Iako kada razmišljamo o krtosti, ona se može povezati s niskom čvrstoćom, ali u stvarnosti nije tako. To dvoje se međusobno ne isključuju. Jak materijal ipak može biti krt. Primjer za to je keramika.

Lijevano željezo je primjer krhkog metala. Snaga zamora Ispitivanje zamora uzorka aluminija Čvrstoća na zamor, ili granica zamora, izražava sposobnost materijala da izdrži ciklička naprezanja. U slučaju željeznih legura, postoji jasna granica otpornosti metala.

U slučaju da je naprezanje niže od granice (prema broju ciklusa), nema straha od loma. To je važno svojstvo materijala koje treba imati na umu pri projektiranju osovina. Smjer sile se stalno mijenja s rotacijom osovine, što znači da je naprezanje ciklično.

Kod drugih metala, kao što su aluminij i bakar, ne postoji jasna granica otpornosti na ciklički stres. I dalje imaju tendenciju pucanja nakon određene količine obrnutog naprezanja na savijanje. Za takve materijale postoji još jedna slična mjerljiva vrijednost – izdržljivost.

Uz čvrstoću na zamor, materijal ima beskonačan vijek trajanja ako je vrijednost naprezanja ispod granice zamora. U slučaju izdržljivosti, dobivate vrijednost ispod koje materijal može raditi određeni broj ciklusa.

---