Corelatia dintre structura, proprietatile si selectia materialelor

Corelatia dintre structura, proprietatile si selectia materialelor

Calitatea oricarui produs util (semifabricat, piesa, scula) este determinata in primul rand de proprietatile materialului selectat la executia sa. La randul lor, aceste proprietati sunt dependente de natura materialului, caracterizata prin compozitia sa chimica si indeosebi prin starea structurala. In functie de scara de examinare a structurii unui material se disting (fig. 1.1):

structura individuala a atomilor, care influenteaza puternic toate proprietatile fizice si intr-o anumita masura rezistenta la coroziune. De asemenea, modul de dispunere a electronilor are influenta asupra legaturilor dintre atomi si ajuta la stabilirea naturii materialului - ceramic, polimeric, metalic;

structura fina care defineste modul de aranjare a atomilor in spatiu. Majoritatea materialelor metalice, multe ceramice si anumiti polimeri au un aranjament atomic regulat, respectiv o structura cristalina. Alte materiale ceramice, multi polimeri si unele materiale metalice sunt caracterizate de o dispunere intamplatoare a atomilor respectiv de o structura amorfa sau sticloasa;

structura microscopica, adica evidentierea prin microscopie optica sau electronica a naturii, formei, marimii si distributiei fazelor aparute in interiorul sau pe limitele grauntilor cristalini ai unui material;

structura macroscopica, adica examinarea cu ochiul liber sau la puteri de marire ce nu depasesc 30-40 ori, a neomogenitatilor existente in material, a defectelor care distrug compactitatea acestuia, a modului de rupere, etc.

Actualmente pe plan mondial se dezvolta si se utilizeaza peste 40.000 de materiale metalice si probabil aproape acelasi numar de materiale nemetalice ca ceramice, polimeri si compozite. Principalele caracteristici ale acestor materiale sunt redate sintetic in figura 1.2.

Comportarea lor in timpul operatiilor tehnologice de prelucrare si in exploatare depinde de starea structurala, deci de aranjamentul atomilor si moleculelor precum si de legaturile dintre atomi si molecule. De exemplu, fragilitatea materialelor ceramice este datorata legaturilor dintre atomi; existenta defectelor de retea cristalina sta la baza plasticitatii materialelor metalice. Ciclul industrial al unui produs finit este rezultatul interventiei a trei actori:

a)     fabricantul sau furnizorul de material, care-l livreaza sub forma de semifabricat;

b)     transformatorul sau mecanicul prelucrator, care dupa punerea in opera a materialului livreaza piesele sau produsele finite;

c)      utilizatorul final, care foloseste in exploatare produsele rezultate din actiunea primilor doi actori.

Pentru acesta din urma, prezinta importanta doar proprietatile de intrebuintare (de exploatare) ale materialului. Din contra, transformatorul intervine prin proprietatile tehnologice, adica prin capacitatea materialului de a putea fi prelucrat intr-un produs finit. Totodata, proprietatile de intrebuintare depind de proprietatile tehnologice prin influenta exercitata de procedeele de prelucrare asupra structurii materialului. In consecinta, selectia ciclului optim de fabricatie trebuie sa fie rezultatul unui dialog intre cei trei actori. Diagrama functionala din figura 1.3 schematizeaza aceste corelatii.

Numarul mare de materiale si de procedee de prelucrare disponibile inginerului, cuplate cu legatura complexa dintre diferitii parametri alesi, fac deseori procesul de selectie foarte dificil. Daca acest proces este realizat necorespunzator (la intamplare) apare riscul trecerii peste o solutie care ar putea fi atractiva. In cazurile cand costurile legate de material si de prelucrarile tehnologice au o pondere ridicata in costul total al produsului, selectia materialului prezinta o importanta maxima pentru economicitatea produsului.

De cele mai multe ori in industrie nu se face o abordare riguroasa si completa a selectiei materialelor, iar o mare parte din decizii se bazeaza pe experienta trecuta. Ceea ce s-a lucrat anterior este evident o solutie, dar este posibil ca aceasta sa nu fie cea optima. De multe ori se spune: 'daca ai vreo indoiala mai bine realizezi piesa rezistenta din materialul cunoscut'. Cu toate ca nu este bine sa neglijam total experienta trecuta, introducerea frecventa a unor noi materiale si a unor tehnologii avansate de prelucrare, pe langa presiunea crescanda de a produce bunuri mai economice si mai competitive, motiveaza necesitatea ca inginerii sa fie intotdeauna in cautarea unor posibile imbunatatiri.