Materiały- wszystkie skondensowane substancje,
ciała stałe, których właściwości czynią je użytecznymi
dla człowieka. Wykonuje się z nich złożone produkty
pracy, przedmioty użytkowe, narzędzia, konstrukcje,
budowle, maszyny i pojazdy, broń itp.
Właściwości materiału- zespół charakterystycznych cech,
określających reakcję tworzywa na czynniki zewnętrzne
(np. temperatura) właściwości materiału można określić
jako pewną stałą wielkość, zależną wyłącznie od natury
materiału, niezwiązaną z jego kształtem i wymiarami.
-Właściwości fizyczne- określają zachowanie materiału
w polu oddziaływania czynnika fizycznego.
-Właściwości chemiczne- określają najczęściej zdolność
( lub jej brak) do wchodzenia materiału w reakcje chemiczne
ze środowiskiem. Najbardziej typowym przykładem jest
odporność korozyjna tworzywa.
-Właściwości mechaniczne- charakteryzują zachowanie
materiału poddanego działaniu obciążeń mechanicznych.
-Właściwości użytkowe- decydują o zachowaniu się
materiałów podczas eksploatacji wykonanych z nich maszyn
i urządzeń,
O właściwościach w ogólnym znaczeniu decyduje skład
chemiczny i struktura wewnętrzna materiału.
Metale i stopy metali
80 pierwiastków w układzie okresowym to metale,
wśród których wiele np. żelazo, aluminium, miedź, mangan,
nikiel, kobalt, tytan, srebro, złoto, platyna mają znaczenie użytkowe.

Stopy metali- substancje składające się z co najmniej
dwóch pierwiastków, z których przynajmniej jeden
w przeważającej części jest metalem.
*W technice zalicza się do metali substancje,
charakteryzujące się w stanie stałym następującymi
właściwościami:
- dobrą przewodnością cieplną i elektryczną
- plastycznością- zdolnością do trwałych odkształceń,
- połyskiem- zdolnością do odbijania promieni świetlnych.
Metale należą do materiałów krystalicznych
charakteryzujących się prawidłowym rozmieszczeniem
atomów w przestrzeni. Między atomami metali
występują wiązania metaliczne.
Materiały metaliczne dzielimy na:
- polikrystaliczne,
- monokrystaliczne ( na cały element składa się jeden kryształ).
Materiały ceramiczne Ceramika składa się w stanie stałym
z substancji nieorganicznych (nie będących metalami i ich
stopami) otrzymywane zazwyczaj przez spiekanie.
Większość materiałów ceramicznych to tlenki lub związki
chemiczne metali z takimi pierwiastkami jak azot, węgiel,
bor i inne, w których atomy połączone są wiązaniami
atomowymi i jonowymi.

Tworzywa ceramiczne przeznaczone na wyroby garncarskie,
porcelanowe, dachówki, cegły budowlane i żaroodporne
są wytwarzane z gliny, która jest formowana w stanie wilgotnym
i następnie jest suszona i wypalana. Na narzędzia skrawające
stosuje się, w wielu przypadkach z powodzeniem zastępując
metale, tworzywa ceramiczne: diament, korund (Al₃O₃), węglik
i azotek krzemu (SiC₅, Si₃Ni₄), dużą grupę materiałów
ceramicznych stanowi tzw. Ceramika specjalna. Należą do
niej materiały elektroniki, tworzywa ogniotrwałe o wysokiej
jakości oraz ceramika stosowana dla celów medycznych.

Tworzywa ceramiczne charakteryzują się przede wszystkim:
- odpornością na działanie czynników chemicznych,
- dobrymi właściwościami mechanicznymi (oprócz wytrzymałości
na rozciąganie i udarność) w tym dużą twardością i
na ścieranie,- właściwościami dielektrycznymi.

Podobnie jak metale, materiały ceramiczne w skali
atomowej charakteryzują się strukturą krystaliczną,
niemniej wiele materiałów ceramicznych może wykazywać
również strukturę niekrystaliczną, czyli amorficzną. Takie
materiały nazywamy szkłami. Są to materiały nieorganiczne,
głównie tlenki, których właściwości są pośrednie pomiędzy
właściwościami stanu ciekłego i stałego.

Cechują się one:
- dobrą przepuszczalnością promieni widzialnych,
- dużą wytrzymałością na ściskanie,
- małą wytrzymałością na zginanie i rozciąganie.
Polimery i tworzywa sztuczne Polimery nazywane
również tworzywami wielkocząsteczkowymi są
materiałami organicznymi, zbudowanymi ze związków
węgla z wodorem i innymi pierwiastkami.

Mają one tzw. Budowę łańcuchową, złożoną z
powtarzających się elementów zwanych merami.
Poza tym w skład polimerów wchodzą również dodatki
pomocnicze, jak wypełniacze, stabilizatory, zmiękczacze,
barwniki, pigmenty itp.

Tworzywa sztuczne można podzielić na:
- elastomery cechujące się wydłużeniem powyżej 100%
i zdolnością do powrotu do pierwotnych wymiarów.
- plastomery- po odkształceniu nie wracają do
swojej pierwotnej postaci. Dzielą się na:
* termoplasty- termoplastyczne polimery amorficzne i krystaliczne.
* duoplasty- polimery termo i chemoutwardzalne

Kompozyty
Kompozyt to materiał z co najmniej dwóch
składników o różnych właściwościach, tak aby
powstał materiał o właściwościach lepszych lub
innych niż poszczególne składniki.
Jednym ze składników kompozytu jest tzw. Zbrojenie,
mające za zadanie przejmować obciążenia np.
mechaniczne, zaś drugim składnikiem jest tzw.
Osnowa spajająca (wiążąca) w całości elementy zbrojące.

Budowa materiałów:
- atom i cząsteczka
- komórka elementarna
- kryształ
-mikrostruktura
- makrostruktura

Krystaliczna struktura materiałów
Krzepnięcie- proces przechodzenia substancji ze
stanu ciekłego w stan stały. Atomy lub cząsteczki
układają się względem siebie w przestrzeni w sposób
bardziej lub mniej uporządkowany.
Stan krystaliczny- charakteryzuje się prawidłowym
rozmieszczeniem przestrzennym atomów lub cząsteczek.
Pojawia się on przy niskiej szybkości chłodzenia ciekłego metalu.
Atomy lub cząsteczki układają się wzglądem siebie w sposób
regularny, zachowując przestrzenną symetrię.
Kryształy- ciała stałe w których atomy lub cząsteczki
są regularnie ułożone względem siebie.
Stan amorficzny- czyli bezpostaciowy uzyskujemy
przy zastosowaniu bardzo dużej szybkości chłodzenia
ze stanu ciekłego. W taki sposób uzyskuje się szkło metaliczne.
Komórka elementarna jest najmniejszym elementem sieci krystalicznej.
Większość metali o znaczeniu technicznym krystalizuje w
jednym z 3 następujących układów krystalicznych:
-Regularnym o sieci ściennie centrowanej -RSC
-Regularnym o sieci przestrzennie centrowanej- RPC
-Heksagonalnym o sieci zwartej
Defekty
- punktowe- związana z przemieszczeniem pojedynczych
atomów w mikrostrukturze. Defekty punktowe powodują
lokalne zniekształcenia sieci kryształu, kontrakcję i ekspansję.
- liniowe- występują w strukturze kryształów, to dyslokacje.
Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje dyslokacji:
* krawędziową - powstaje w krysztale w wyniku
wprowadzenia dodatkowej płaszczyzny atomowej
zwanej ekstrapłaszczyzną.
* śrubową- powstaje w wyniku wzajemnego
przesunięcia płaszczyzn atomowych.- powierzchniowe

Atom międzywęzłowy- atom przemieszczony z węzła
sieci do pozycji międzywęzłowej.
Atom różnowęzłowy- pojawia się, gdy w roztworze
stałym atom pierwiastka rozpuszczonego zastąpi atom
pierwiastka będącego rozpuszczalnikiem.
Właściwości mechaniczne charakteryzują reakcje na
obciążenia zewnętrzne materiału.
Reakcją materiału na obciążenie jest odkształcenie sprężyste,
następnie plastyczne a po przekroczeniu wytrzymałości
mechanicznej właściwej dla danego tworzywa utrata
spójności materiału, czyli dekohezja.
Odkształcenie sprężyste powstaje po obciążeniu materiału
określoną siłą. Po ustaniu jej działania materiał wraca do
pierwotnych wymiarów. Nie powstaje trwałe odkształcenie
oraz zmiana struktury i właściwości.
Odkształcenie plastyczne występuje w kolejnej fazie obciążenia
materiału, gdzie powstają trwałe odkształcenia makro
oraz mikroskopowe (zmiany struktury) i właściwości.
Plastyczność materiału charakteryzuje jego zdolność do
trwałych odkształceń bez naruszania wewnętrznej
spójności, jest jedną z głównych właściwości tworzyw,
szczególnie konstrukcyjnych.
Właściwości mechaniczne materiałów zależą od
składu chemicznego, struktury i temperatury.
Podstawową próbą, umożliwiającą określenie właściwości
wytrzymałościowych i plastycznych materiałów
jest statyczna próba rozciągania.
Maksymalna wytrzymałość na rozciąganie Rm, czyli
naprężenie normalne w próbce jako stosunek największej
siły rozciągającej Fm do pola powierzchni przekroju
początkowego próbki So: Rm= Fm/ So
Wyraźna granica plastyczności Re, czyli naprężenie
rozciągające w próbce, przy osiągnięciu którego występuje
wyraźny wzrost jej wydłużenia, przy ustalonej lub
nieco zmniejszonej sile rozciągającej.
Umowna granica plastyczności Roz, czyli naprężenie
rozciągające, wywołujące w próbce umowne wydłużenie
trwałe x=0,2%.

Właściwości plastyczne materiałów wyznaczane w statycznej
próbie rozciągania określa się na podstawie wydłużenia i przewężenia.
Wydłużenie jest stosunkiem trwałego wydłużenia bezpośredniego
próbki po rozerwaniu ∆L do długości pomiarowej L_o wyrażonym w procentach:
A_p= (∆L/ l_o) * 100%
Przewężenie- stosunek zmniejszenia pola powierzchni przekroju
poprzecznego próbki w miejscu rozerwania do pola powierzchni
jej przekroju pierwotnego, wyrażony w procentach:
Z= [(s_o-S_u)/S_o]*100%
Udarność- charakteryzuje odporność materiału na
obciążenia dynamiczne. Próba udarności polega na złamaniu
jednym uderzeniem młota wahadłowego Charpy'ego
próbki z karbem, podpartej swobodnie na obu końcach
i pomiarze energii jej złamania. Próbka jest ułożona tak,
by uderzenie młota nastąpiło z przeciwległej strony karbu.
Udarność KC wyraża się stosunkiem pracy łamania K (w J)
zużytej na złamanie próbki do pola powierzchni jej
przkroju poprzecznego w miejscu złamania S_o (w cm²)

---