MehaniČke osobine materijala

1. Uvod

Kruto telo je mehanički objekt u klasičnoj Mehanici, ono je definisano kao čvrsto telo kod koga usled delovanja spoljnih sila ne dolazi do promene rastojanja izme|u njegove dve proizvoljne tačke. Ovim je zanemarena osobina deformabilnosti čvrstih tela kao osobina koja nema značaja za uspostavljanje zakona Mehanike krutog tela.

Realna čvrsta tela su deformabilna. Pod dejstvom spoljnih sila, ili nekih drugih uticaja, ona menjaju svoj oblik i zapreminu. Iz iskustva je poznato da čvrsta tela istog oblika, pod dejstvom istog sistema sila, imaju različitu deformaciju ako su sačinjena od različitih materijala. Kod nekih materijala ukupna deformacija se obavi u veoma kratkom vremenu, skoro trenutno, dok se kod drugih deformacija uve}ava tokom vremena. Nakon uklanjanja sila može se dogoditi da telo u potpunosti zauzme svoj prvobitni oblik i zapreminu, ili da ostane trajno u konačno deformisanom obliku ili u nekom obliku izme|u tog i ne deformisanog. Kod nekih materijala potpuni ili delimični povratak tela na prvobitni oblik i zapreminu nastaje trenutno, a kod nekih se ovaj proces ostvaruje tokom vremena. Ovim me|utim nisu obuhva}ene osobine čvrstih tela koje ona pokazuju prilikom optere}enja i rastere}enja ili usled delovanja nekih drugih uticaja. Ovo delimično navo|enje je učinjeno samo da bi se ukazalo na njihovu raznovrsnost. Mehaničke osobine materijala opisuju karakter deformacije tela prilikom optere}enja i njegovo ponašanje nakon raster}enja. Ove osobine materijala se utvr|uju eksperimentima.

U tehnici se uglavnom koriste materijali čije se mehaničke osobine, sa dovoljnom tačnoš}u, mogu predstaviti jednim idealnim materijalom koji ima osobinu linearne elastičnosti. Pored ove uvodi se još jedna idealizacija prema kojoj je čvrsto telo deformabilno telo kontinuum, tj. neprekidna sredina, a ne diskretna, kako odgovara stvarnosti. Makoskropski gledano ova predpostavka je opravdana jer se zakoni ponašanja molekula mogu zameniti prosečnim statističkim zakonitostima.

Teorija elastičnosti je jedna od naučnih disciplina u kojoj se uspostavljaju veze izme|u spoljnih sila i oblika tela koje je od linearno elastičnog materijala, sa jedne strane, i sa naprezanjima u tom telu i njegovom deformacijom sa druge strane. Teorija elastičnosti je zasnovana na zakonima Mehanike.

U Otpornosti materijala tako|e se uspostavljaju veze izme|u spoljnih sila i oblika tela koje uglavnom od linearno elastičnog materijala sa naprezanjima u telu i njegovim deformacijama. To je tehnička disciplina u kojoj se za rešavanje zadataka tehničke prakse uvode odre|ene predpostavke, a to su rezultati ve} dobijeni u Teoriji elastičnosti ili saznanja stečena i proverena iskustvom .

Struktura materijala

Mehaničke osobine matreijala opisuju karakter deformacije tela i njegovo ponašanje pri optere}enju i rasterećenju. U znatnoj meri ove osobine su uslovljene strukturom materijala, a pored toga zavise još od temperature, od vrste spoljneg opterećenja koje može biti statičko ili dinamičko i od veličine sila.

Važan činilac osobina materijala je struktura materijala. Po strukturi čvrsta tela se mogu podeliti na:

- amorfna tela

- kristale i

- kristalasta tela.

Kod amorfnih tela (staklo,asfalt, guma) raspored molekula je nepravilan. Makoskropski gledano takvi materijali pokazuju iste osobine u svim pravcima, a to je osobina izotropije.

Kristali imaju kristalne rešetke (monokristali) koje su pravilnog oblika i rasopreda. Takvi materijali imaju različite osobine u različitim pravcima ( u pogledu prelamanja svetlosti, deformacije pod opterećenjem, itd.) odnosno imaju osobinu anizotropije.

Kristalasta tela sastavljena su od mikroskopski sitnih kristala, različite orjentacije i ne pravilnog rasporeda. Statistički gledano ona se ponačaju kao izotropna tela. Ovoj grupi pripadaju i neki materijali koji se koriste u tehnici kao što su razne vrste čelika, metali, tako|e veliki broj stena ( granit, mermer).

Materijali organskog porekla (koža, drvo) su anizotropni jer nizovi ćelija, odnosno vlakana, imaju odre|ene pravce.

Po strukturi tela još mogu biti homogena i ne homogena. Homogena tela imaju jednaku strukturu po celoj zapremini (amorfna tela su homogena ). Kristalasta tela su mikroskopski ne homogena, ali se makroskopski gledano ponašaju kao homogena. Ne homogeni materijal je beton, sastavljen od peska, šljunka i cementa.

3. Statička otpornost materijala

3.1. Veza između napona i deformacije krutih tela pri

statičkom opterećenju

Mehaničke osobine materijala takođe zavise i od vrste i od veličine spoljnjih sila. Ispitivanje ovog uticaja se vrši eksperimentima čiji je cilj da se za određeni materijal uspostavi veza između stanja napona i stanja deformacije u tački napregnutog tela. Skoro je nemoguće da se takva veza uspostavi za proizvoljno stanje napona i proizvoljno stanje deformacije. Zato se najveći broj eksperimenata obavlja na aksijalno zategnutom štapu u kome je stanje napona najprostije moguće, jer je linearno i homogeno. Dopunske podatke o mehaničkim osobinama ispitivanog materijala daju druge vrste eksperimenata. To su ispitivanja na aksijalno pritisnutom štapu gde je takođe linearno i homogeno stanje napona, tankoj cevi izloženoj torziji u čijim je tačkama ravno stanje napona.

Osnovni podaci o vezi između napona i deformacije za određeni materijal dobijaju se iz ispitivanja na aksijalno zategnutom štapu. Opisaćemo ovaj eksperiment zadržavajući se na čeliku kao materijalu koji je čest u tehničkoj primeni. Za eksperiment se koristi čelični štap (epruveta) koji ima određeni oblik (prizmatičan ili cilindričan ), određene dimenzije i propisanu površinsku obradu. Na njemu su određene reperne tačke na propisanom rastojanju l. U specijalnom aparatu epruveta se zateže silama koje deluju na oba kraja. Veličine sila se uvećavaju veoma sporo, od nule do vrednosti kada nastaje kidanje. ovo znači da se eksperiment odnosi na statičko opterećenje. Pri svakom uvećanju sile meri se odgovarajuća promena dužine l između repernih tačaka. Eksperiment se izvodi na sobnoj temperaturi.

Rezultati ovog eksperimenta se prikazuju u koordintnom sistemu na čijoj se apscisi nanose vrednosti dilatacije u pravcu ose epruvete, na ordinati naponi , gde je A površina poprečnog preseka ne opterećene odnosno ne deformisane epruvete, a F veličina zatežućih sila. Napon , koji je normalni napon u poprečnom preseku je fiktivna veličina jer se tokom ogleda smanjuje površina poprečnog preseka epruvete.

Početni deo dijagrama (Slika 3.1.1.) O-P je prava linija. Napon koji odgovara tački P_ je granica proporcionalnosti _P. Na tom delu dijagrama veza između napona i deformacije je linearna. Deo dijagrama P-E je kriva linija, a napon _E je granica elastičnosti. Na tom delu neza između napona i deformacije nije više linearna. Kada se rastereti epruveta pri naponu koji je manji ili jednak naponu na granici elastičnosti _E ona se u potpunosti vraća u svoje prvobitno ne deformisano stanje. takva deformacija je elastična.

Od tačke E do tačke T' dilatacije se uvećavaju sa porastom napona sve do gornnje granice tečenja _T' . Na delu od tačke T' do T epruveta prestaje da pruža otpor daljem razvlačenju, dilatacija raste, a napon opada ( kao da je materijal počeo da teče). Napon _T se zove donja granica tečenja. U delu dijagrama od T do M materijal opet počinje da pruža otpor silama, dilatacija se uvećava sa povećanjem napona.

Slika 3.1.1.

Ova pojava se zove očvršavanje materijala, a napon _M je jačina materijala. Nakon toga nastaje uvećanje dilatacije pri smanjenju napona sve do tačke S kada dolazi do kidanja epruvete. Napon _S je napon pri slomu.

Pri eksperimentu aksijalnog zatezanja epruveta se ravnomerno sužava po celoj dužini, a naglo suženje nastaje pri naponu na granici tečenja _T . Kada se napon približi jačini materijala _M na jednom mestu se pojavi izrazito suženje, tzv. kontrakcija preseka i na tom mestu dolazi do kidanja epruvete pri naponu _S.

Ako se štap rastereti u fazi kada prekorači tačku E deformacija se smanjuje po približno pravoj liniji paralelnoj sa O-P. Međutim telo se ne vraća u potpunosti u svoj prvobitan ne deformisani oblik. Delimični povratak na ne deformisan oblik je posledica elastične deformacije _el. Preostala trajna deormacija tela je plastična deformacija _pl.

Osobina tela da po prestanku delovanja sila trajno zadrže promenjmen oblik i zapreminu zove se plastičnost.

Sve do granice tečenja _T deformacije su male. Na primer, naponu od 100 MPa, što iznosi oko polovine vrednosti napona na granici elastičnosti, odgovara dilatacija =0,05% . To znači da se rastojanje l= 20 cm , između repernih tačaka , uveća za 0,1 mm. U ovim uslovima teško je oceniti oceniti kada prava O-P prelazi u krivu P-E pa se obično granica proporcionalnosti _P ne određuje dok se za granicu elstičnosti usvaja napon _E pri kome je plastična deformacija _pl=0,01% i obeležava se sa _0,01 . Gornja granica tečenja zavisi od uslova eksperimenta, a kod nekih vrsta čelika se uopšte ne javlja. Ona se, prema tome, ne može usvojiti kao karakteristika materijala. Kod nekih vresta čelika ni donja granica tečenja _T ne mora biti izražena pa se ona definiše kao napon pri kome je plastična deformacija _pl=0,2% i označava se sa

Pri eksperimentu aksijalno pritisnutog štapa dijagram napona i deformacije ima iste karakteritike sve do granice _T kao i u ogledu zatezanja : isti je nagib prave O-P prema osi, iste su vrednosti _{T i E} . U ovom slučaju _T se zove granica gnječeja.

Izduženje štapa pri aksijalnom zatezanju praćeno je smanjenjem dimenzije u poprečnom preseku. Smanjenje njegove dužine u eksperimentu aksijalnog pritiska praćeno je povećanjem dimenzija u poprečnom preseku, tj. podužnu dilataciju prati pojava poprečnih dilatacija i one su uvek suprotnog znaka.

Važno je istaći još neke značajne osobine materijala. Ako slomu predhode značajne plastične deformacije materijal je žilav. Ovu osobinu pokazuju čelik i bronza. Nasuprot tome kod krtih materijala se sa povećanjem napona plastična deformacija neznatno uvećava, a zatim naglo nastupi slom. Takvi materijali bolje podnose pritisak nego zatezanje, a to su: liveno gvožđe, beton, drvo, sve vrste kamena.

Ovde treba naglasiti da se pomenuti materijali ponašaju ovako samo pri linearnom stanju napona i na sobnoj temperaturi. Sa povećanjem temperature povećava se plastičnost i žilavost materijala pri smanjenju temperature javlja se osobina krtosti. Ipak se kao merodavan usvaja dijagram napona i deformacije dobijen opisanim eksperimentom, jer uglavnom odgovara normalnim uslovima pod kojim se ovi materijali koriste u tehnici.

Ranije je bilo rečeno da mehaničke osobine materijala zavise i od veličine sile koje deluju na telo. Ovo pokazuje i dijagram napona i deformacija (Slika 3.1.1.) , do vrednosti napona _P, dilatacija je linearno zavisna od napona, a iznad te granice dilatacija sledi druge zakone promene. Takođe do vrednosti napona _E materijal je elastičan, a iznad te vrednosti javljaju se elastične i plastične deformacije materijala.

Na Slici 3.1.1. vidimo kako izgleda veza između napona i deformacije za čelik, međutim čelik u vazduhoplovstvu nema toliku primenu kao neki drugi materijali, kao što su duraluminijum ili kompozitni materijali. Ovi materijali se drugačije ponašaju prilikom naprezanja pa je za nas važno da znamo kakve se promene dešavaju na njima. Slika 3.1. prikazuje vezu između napona i deformacije za kompozitne materijale i duraluminijum. Vidimo da je kod kompozitnih materijala ta veza linearna sve do tačke loma, tj. nema faze tečenja čak ni pri maksimalnim naprezanjima. Takođe nema plastične deformacije. Sve ovo nam govori da kompozitni materijali imaju bolje mehaničke osobine od čelika, naravno ovo se odnosi samo na neke vrste naprezanja. Slično kompozitima se ponaša duraluminijum, do određene vrednosti napona veza je linearna, a zatim se dilatacija asimptotski približava maksimalnoj vrednosti napona pri kome dolazi do loma. Jasno je da je, sa stanovišta konstruktora, i duraluminijum sa svojim mehaničkim osobinama prihvatljiviji nego čelik pogotovu kada se zna da je duraluminijum 3 puta lakši od čelika.

Slika 3.1.

Osim otpornosti na istezanje koja je gore podrobno opisana razmotrićemo još neke mehaničke osobine materijala koje su važne da bi se vazduhoplov ( konstrukcija vazduhoplova) pravilno eksploatisao, tj. da nebi došlo do oštećenja konstrukcije ili loma što bi kada je u pitanju vazdušni saobraćaj sigurno imalo fatalne posledice.

Kada govorimo o drugim mehaničkim osobinama materijala prvenstveno mislimo na :

- otpornost na pritisak

- otpornost na savijanje

- otpornost na uvijanje .

Za homogene materijale dovoljno je sprovesti ispitivanja samo na istezanje, jer se pritisak može smatrati ko negativno istezanje pri čemu se susreću analogne pojave kao pri istezanju. Ovde izduženje odgovara skraćenje, a suženju zadebljanje. Ispitivanje na pritisak vrši se smo kod krtih materijala.

Pod dejstvom sile nastaje momenat savijanja koji prouzrokuje deformaciju epruvete. U savijenoj epruveti polovina materijala je opterećena na istezanje, a polovina na pritisak. Veličina unutrašnjeg naprezanja nije ravnomerna kao istezanja, već je najveća na spoljnim slojevima i linearno opada prema središtu, odnosno prema neutralnoj osi koja prolazi kroz težište poprečnog preseka. Čvrstoća na savijanje se definiše kao maksimalni napon izazvan maksimalnim momentom savijanja, svedenim na otporni moment poprečnog preseka epruvete. Kao mera deformacije pri ispitivanju na savijanje uzima se maksimalni ugib u trenutku preloma .

Veliki broj konstruktivnih elemenata vazduhoplova opterećen je na uvijanje. Pri uvijanju poprečni preseci zadržavaju prvobitni oblik, ali se zaokreću za određeni ugao jedan naspram drugog. naprezanje pri uvijanju jednoliko se prenosi po dužini epruvete, ali je ne jednako po preseku. Najveće naprezanje materijala je po površini, pa onda linearno opada prema središtu epruvete, odnosno prema neutralnoj osi. Maksimalna vrednost tog smičućeg tangencijalnog naprezanja dobija se zavisno od veličine uvijanja i polarnog otpornog momenta preseka ( Slika 3.1.3.).

Slika 3.1.3.

3. Hukov zakon

Da bi se uspostavila analitička veza između napona i deformacija, potrebno je uočiti osnovne karakteristike materijala i matematički ih formulisati. Bitno je da ove analitičke veze budu dovoljno jednostavne, a istovremeno i dovoljno jednostavne da bi obuhvatile osobine što većeg broja tehničkih materijala pod dejstvom spoljnjih sila.

Uspostavljenim vezama između napona i deformacije u stvari se definišu mehaničke osobine idealnih materijala, odnosno tela. Mora se imati u vidu da nijedno realno telo nema u potpunosti osobine idealnog tela. Idealnim telima se takođe pripisuje osobina homogenosti i izotropije. Sve vrste čelika su, makroskopski gledano, homogene dok je armirani beton tipičan ne homogeni materijal, a opet drvo nema osobinu izotropije.

U Otpornosti materijala dobijeni rezultati se odnose na idealna tela pa faktički ne važe za realna. Zato je važno voditi računa da li idealna tela dovoljno opisuju mehanižke osobine pojedinih realnih materijala, odnosno da li su rezultati dobijeni u Otpornosti materijala dovoljno tačni za tehničku primenu.

Razmotrićemo samo jedno idealno telo, a to je Hukovo (Hook) telo. Takvo telo je homogeno, izotropno i linearno elastično. Osobine homogenosti, izotropije i elastičnosti su dovoljno jasne, a pojam 'linearan' ukazuje da je linearna veza između komponentnih napona i komponentnih deformacija u tački napregnutog tela. Od tehničkih materijala u normalnim uslovima rada mehaničke osobine svih vrsta čelika, aluminijuma, različitih vrsta drveta, aproksimiraju se Hukovim idealnim telom.

Za definisanje Hukovog tela poslužiće nam početni deo dijagrama napona i deformacija za čelik (Slika 3.1.1.) O-P, koji se odnosi na aksijalno zategnut štap u čijim je tačkama linearno stanje napona.

Ako je koordinatna osa z osa štapa tada je podužna dilatacija _z linearno zavisna od normalnog napona _z :

Poprečna dilatacija _p i podužna dilatacija _z takođe su u linearnoj vezi, ali su suprotnog znaka :

Gornji izrazi izražavaju Hukov zakon pri linearnom stanju napona. Vidimo da figurišu u gornjim izrazima dve konstante E i . E je Jangov (Young) modul elastičnosti i ima istu dimenziju kao i napon [Pa], recimo za čelik E = 210 GPa. Recipročna vrednost Jangovog modula elastičnosti 1/E [1/Pa] naziva se koeficijent elastičnosti. Druga veličina je je Poasonov ( Poisson ) koeficijent ili koeficijent bočne kontrakcije. To je bezdimenziona veličina i njene vrednosti su u granicama 0 < 0,5 . Pokazuje se da bi vrednostima > 0,5 odgovaralo uvećanje zapremine tela izloženog hidrostatičkom pritisku, što ne odgovara realnosti.

Pri prostornom stanju napona Hukov zakon za Hukovo idealno telo glasi :

Ovde je G modul klizanja koji se izražava preko E i

Gornji izrazi se još zovu uopšteni Hukov zakon. Vidimo da se dilatacije _x , _y i _z dovedene u vezu sa normalnim naponima _x ,_y i _z dok su klizanja neposredno zavisna od odgovarajućih smičućih napona _xy , _yz i _zx .

Za svaki pojedini materijal, čije se mehaničke osobine opisuju Hukovim idealnim telom, vrednosti E, i G se određuju eksperimentom.

3.3. Ograničenja kod dimenzionisanja konstruktivnih elemenata

Dimenzionisanje konstruktivnih elemenata mora da se prilagođava zahtevu da u normalnim uslovima rada ne dođe u pitanje njegova nosivost. Računa se da je nosivost prestala ako u nekoj tački, ili u uskoj oblasti oko tačke, dođe do znatnijih plastičnih deformacija ili do pojave pukotine. To se događa kada se u kritičnoj tački nosača dostigne određena vrednost napona. Zato je potrebno poznavati pri kojim vrednostima napona za određeni materijal dolazi do plastičnog tečenja ili pojave pukotine.

U slučju linearnog stanja u tački napregnutog tela veličinu napona pri kojoj dolazi do plastičnog tečenja ili pojave pukotine kod pojedinih materijala čitamo nepostredno iz dijagrama napona i deformacije (Slika 3.1.1.). Računski normalni naponi ne smeju da dostignu granicu tečenja _T , odnosno jačinu materijala _M . Zato se uvode dopušteni naponi :

kao granice računskih napona. Koeficijenti n_T i n_M uvek su veći od 1 i zovu se stepen sigurnosti prema tečenju ( n_T) i stepen sigurnosti prema lomu (n_M). Njihove vrednosti su date tehničkim propisima. Kod krtih materijala _dop­ se određuje prema jačini materijala _M , a n_M = 3-10. Kod žilavih materijala _dop se određuje prema granici tečenja _T , za čelik je n_T =1,71.

Stepen sigurnosti se uvodi, pored odstupanja stvarnih napona od računskih, i iz drugih razloga: zbog ne tačnosti prilikom određivanja veličina koje se uvode u proračun, greška u materijalu koja se ne može predvideti i dr.

Postupak dimenzionisanja nosača u čijim je tačkama linearno stanje napona je jasan. Pojava plastičnih deformacija stoji u direktnoj vezi sa veličinom normalnog napona. Po apsolutnoj vrednosti najveći normalni napon u kritičnoj tački nosača _z ne sme da prekorači vrednost dopuštenog napona _dop­

Ako su dimenzije nosača takve da ispunjavaju gornji uslov njegova nosivost se ne dovodi u pitanje.

Vidimo da je dimenzionisanje pri linearnom stanju napona jednostavno jer se svodi na upoređivanje dve veličine, računskog i dopušenog normalnog napona. Zato se nastoji da se i pri ravnom stanju napona u tački odredi jedna karakteristična veličina koja karakteriše ovo stanje napona. Tu veličinu zatim upoređujemo sa dopušteni naponom _dop­ , ili nekom drugom veličinom koja se određuje eksperimentom pri linearnom stanju napona. Tada na osnovu ovih upoređenja zaključujemo da li je iscrpljena nosivost elementa.

Otvara se pitanje veličine koja karakteriše stanje napona u tački pri kojoj nastupa plastična deformacija ili pojava pukotine. Tačan odgovor na ovo pitanje još uvek nije dat. Zato postoje razne hipoteze na osnovu kojih se približno određuje ta veličina. Dve hipoteze koje se najčešće koriste su :

- hipoteza najvećeg normalnog napona

- hipoteza najvećeg smičućeg napona.

4. Dinamička otpornost materijala

Ponašanje materijala pod dejstvom dinamičkog opterećenja znatno se razlikuje od dosada iznetog pod dejstvom statičkog opterećenja. Zbog toga je neophodno da se, pored ispitivanja statičke otpornosti, provede ispitivanje materijala pod dejstvom dinamičkih opterećenja. Zavisno do vrste dinamičkog opterećenja ispituje se i otpornost, i to :

- žilavost, pod dejstvom udarnog opterećenja

- zamor, pod dejstvom oscilatornog (ponavljajućeg ) opterećenja

- habanje, pod dejstvom trenja.

Ispitivanje otpornosti materijala na udarna opterećenja na udarna opterećenja može biti isto kao i kod statičkog opterećenja : na istezanje, pritisak , savijanje, uvijanje i smicanje. Za ispitivanje žilavosti izabrano je opterećenje na udar savijanjem jer se tu javljaju faktori koji najnepovoljnije utiču na žilavost. Svojstvo materijala suprotno žilavosti, u uslovima udarnog opterećenja, je lomljivost. Analogna svojstva žilavosti i lomljivosti u uslovoma statičkog opterećenja su elstičnost i krtost. Ipak ovi pojmovi se ne mogu poistovetiti jer se elastičnost menja kontinualno sa promenom temeprature, dok se žilavost menja skokovito.

Kada je u pitanju otpornost materijala na oscilatorno opterećenje (zamor) ispitivanja su pokazala da ukoliko se neki element izloži oscilatornom opterećenju, može doći do loma znatno ispred lomnog opterećenja određenog statičkim ispitivanjem, pa i onda kada je naprezanje manje od granice elastičnosti. To znači da materijal ima svojstvo zamora, tj. on može izdržati određeni broj promene opterećenja posle čega dolazi do zamora materijala i do loma. Za praktičnu svrhu važno je ono maksimalno oscilatorno opterećenje koje neki materijal može da izdrži beskonačno dugo vreme, a da ne nastane lom. Naprezanje koje odgovara ovom opterećenju naziva se dinamička čvrstoća ili otpornost na zamor. Dinamička čvrstoća se određuje pomoću Velerovog (Wohler) dijagarma (Slika 4.1.) koji se dobija na sledeći način:

- odabere se desetak idetičnih epruveta koje se pod istim uslovima podvrgavaju različitom oscilatornom opterećenju sve do loma.

Na osnovu rezultata ispitivanja u dijagramu, gde je na ordinati naprezanje, a na apscisi broj promena (ponavljnja) opterećenja, konstruiše se Velerova kriva na kojoj se razlikuju dva dela. Prvi deo prikazuje naprezanja (opterećenja) pri kojima posle određenog broja promena opterećenja dolazi do loma i drugi deo na kome se Velerova kriva asimptotski približava određenom naprezanju koji se naziva dinamička čvrstoća. Dinamička čvrstoća zavisi od zatezne čvrstoće.

Ispitivanje na zamor vrši se za sva opterećenja (istezanje, pritisak, savijanje, uvijanje i smicanje), kao i za sve tipove oscilatornog opterećenja (simetrično naizmenično, oscilatorno naizmenično, osnovno dinamičko, itd.).

Za duraluminijum kao jedan od najzastupljenijih materijala u vazduhoplovstvu situacija kod ponovljenih ( oscilatornih ) opterećenja je nešto drugačija nego kod čelika (Slika 4.). Vidimo da se _d kod duraluminijuma ne može odrediti kao kod čelika, zato je neophodno da se _d odredi eksperimentalnim putem.

Slika 4.1.

Slika 4.

3. Materijali koji se koriste u vazduhoplovstvu

3.1. Uvod

Vazduhoplovne konstrukcije su karakterisane visokim parametrima

(velike brzine,

velika nosivost,

veliki pritisci,

veliki dijapazon temperatura,

visoke radne temperature, itd.).

Vazduhoplov je najkompleksniji objekat koji čovek pravi. Zbog svega ovog se zahteva upotreba velikog dijapazona različitih materijala visokog kvaliteta.

Pri izradi vazduhoplova teži se da se

smanji njegova težina,

pa se biraju čvrsti

a laki materijali.

Pored toga što treba da su male težine, ovi materijali treba da budu

vrlo otporni na razna opterećenja koja nastaju u normalnim uslovima, a posebno u

uslovima povišene temperature i pritiska. Od njih se zahtevaju i odgovarajuća

žilavost,

elastičnost,

otpornost na habanje.

Otpornost na koroziju

zamor matrijala

laka poizvodnja

cena materijala

Mogućnost upotrebe izvesnog materijala ili legure u izradi aviona zavisi od njihovih fizičkih, mehaničkih i tehnoloških karakteristika. Od fizičkih karakteristika najvažnije su :

- zapreminska masa materijala

- temperatura topljenja

- koeficijent toplotnog širenja

- sposobnost za magnetisanje.

Od hemijskih karakteristika veoma je značajna otpornost na vodu i vazduh, odnosno otpornost na koroziju. Najvažnije mehaničke osobine su :

- čvrstoća

- otpornost na zamor

- plastičnost

- tvrdoća.

Veoma retko može da se postigne da skoro sva svojstva jednog materijala budu povoljna, pa se zato koristi veliki broj različitih materijala. Najširu upotrebu u uzradi aviona i avionskih motora (pogonskih grupa) imaju materijali predstavljeni na Tabeli 1.1.

Tabela1.Podela vazduhoplovnih materijala

Prvi matriajal je svakakao bilo

drvo i

platno

Drvo ima osobine su

• čvrstoću na iztezanje od 70N/mm² do 100
• specifične težine 0.4 do 0.63
• Yungov modu elastičnosti 9000N/mm² do 14250

Nedostaci

• Promena oblika I dimenzija kojanastuje apsorpcijom vode kao I doavanja unutarnje vode drveta zavisno od atmosverske vlaznosti
• Izražena anizotropnost tako da varira Yungov modu u razmeri 1:150

Usavršenje upotrebe drveta je pravljenja laminiranog drveta sa sintetičkim lepkovima povećali su

• Čvrstoću
• I sprečili anizotropnost drveta

Avion izradjenjen od drveta u potpunosti de Havilland Mosquito.

Medjutimpovećanbje opterećenja krila I kompleksnost strukture ograničili su upotrebu drveta.

Pojava mlaznih aviona koji su stvorili izuzetno velika opterećenja koja drvo nije moglo da apsorbuje.

Anizotropnost drveta je veliki problem pogotovo u tropskim oblqastima gde dolazi do značajnog promene u obliku I dimenzijama.

Prvi potpuno metalni avion je bio 1915 Junkers npravljen od čelika. Čelik ima

• veliki moduo elastičnosti
• veliko opterećenje na pritisak I
• veliku otpornost na istezanje
• eliku specifičnu težinu tri puta veću od aluminijumskih legura I pet puta veću od laminiranog drveta

Konstruktori su primorani da koriste tanke limove I da ih krive u različite oblike da bi povečali krutost

3. Metali

3.1. Legure železa

Legure železa se mogu podeliti i grupisati na razne načine, a mi ćemo dati sledeću podelu:

- Čelici

a) Ugljenični čelici

b) Legirani čelici

- Specijalni legirani čelici

a) Čelici legirani hromom, niklom, volframom, molibdenom, kobaltom i dr.

b) Teško topive legure

- Gvožđa

a) Sivo liveno gvožđe

b) Belio liveno gvožđe

3.1.1. Čelici

Čelici su

• legure gvožđa i
• ugljenika u kojim ugljenika ima najviše do 2%.

Ako je čeliku jedini legirajući element ugljenik, i sva njegova svojstva zavise od količine ugljenika, takav čelik je ugljenični.

Ako u ugljeniku ima i drugih legirajućih elemenata, kao što su silicijum, mangan, hrom, nikl, volfram i dr. onda su takvi čelici legirani čelici. Na njihova svojstva ne utiče samo ugljenik, nego i drugi legirajući elementi.

3.1.1.1. Ugljenični čelici

Ugljenični čelici su

• najrasprostranjeniji jer su najjednostavniji za obradu i
• najjeftiniji za proizvodnju. Međutim, u vazduhoplovnim konstrukcijama oni se malo upotrebljavaju, i to za sporedne delove.

Nisko ugljenični čelici imaju malu čvrstoću, ali zahvaljujući dobroj plastičnosti i jeftinoj proizvodnji mogu se primenjivati kao žice za osiguranje.

Srednje ugljenični čelici posle ojačnja hladnim valjanjem primenjuju se za izradu traka-obujmica.

Visoko ugljenični čelici se primenjiju u otpuštenom stanju za izradu slabije opterećenih spiralnih opruga ili elastičnih podloški.

3.1.1. Legirani čelici

Legirani čelici se najčešće primenjuju u vazduhoplovnim konstrukcijama.

Legiranje može biti izvršeno

• sa jednim elementom, ili, što je mnogo češći slučaj,
• sa više elemenata.

Po pravilu oni su

• čvršći,
• ne gube svoju čvrstoću ni pri višim temperaturama,
• maju bolju nosivost pri dinamičkom opterećenju,
• veću korozivnu otpornost,
• otpornost na habanje i
• druge potrebne karakteristike.

Prema hemijskom sastavu legirani čelici se dele na : hrom-člike, nikl-čelike, hrom-nikl-čelike i druge. Ova podela je data prema najuticajnijim legirajućim elementima.

Hrom (Cr) je legirajući element koji se najčešće dodaje čeliku.

• Povećava čeliku čvrstoću,
• tvrdoću i
• otpornost na habanje.

Nisko i srednje legirani hrom-čelici imaju veliku primenu u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji. Koriste se za izradu

osovina,

vratila,

zupčnika i dr. Visoko legirani hrom-čelici veoma su otporni na koroziju u svim radnim uslovima i na povišenim temperaturama.

Mangan (Mn) povećava

• tvrdoću,
• čvrstoću,
• prokaljivost i
• sposobnost zavarivanja čelika. Čelici koji sadrže mangan upotrebljavaju se za izradu konstrukcionih delova kod kojih se traži
• velika otpornost na habanje, kao što su osovine, vratila, zupčanici.
• Mangan otežava pojavu prskotina i smanjuje brzinu prostirnja prskotine.

Silicijum (Si) kao legirajući element povećava

• čvrstoću,
• tvrdoću,
• elastičnost
• a smanjuje žilavost. Silicijum smanjuje granicu proporcionalnosti do 1200 MPa, pa se ove legure koriste za izradu
• spiralnih opruga i
• elastičnih podloški.

Hromansil je kvalitetan konstrukcijski čelik koji se dobija kombinacijom gore navedenih legirajućih elemenata(0,3% C, 1% Cr, 1% Mn, 1% Si). Silicijum znatno ojačava čelik pri kaljenju i niskom opuštanju, povišava temperaturu opuštanjua pri kojoj počinje znatno snižavanje čvstoće. Čelik se obično podvrgava kaljenju na 900^o C u ulju, a zatim se opušta na 480-580^o C , pri tome se postiže čvrstoća 1100-1300 MPa i udar na žilavost 600-1000 kJ/m. Koristi se za izradu delova

• stajnog trapa,
• ramenjača,
• okova,
• lopatica,
• delova zadnjih zadnjih stepeni kompresora i dr.

Nikl (Ni) je element koji

• povećava čvrstoću,
• tvrdoću,
• prokaljenost i
• otpornost na koroziju.

Pošto je veoma skup, ne dodaje se sam kao legirajući element, već u kombinaciji sa drugim kao što su mangan, hrom, dr. Naročito veliku primenu imaju hrom-nikl-čelici, koji su velike čvrstoće i žilavosti.

Dodavanjem nikla hromansilu, obezbeđuje se, pored visoke čvrstoće koju hromansil ima i poboljšanje žilavosti za dva puta, a time se znatno smanjuje osetljivost na koncentrisane napone. Posle izotermičkog kaljenja ovaj čelik postiže čvrstoću od oko 1600 MPa i žilavost od 1000-1200 kJ/m. Koristi se za pojaseve ramenjača, stajni trap, okove, i dr.

Vanadijum (V) je element koji povećava statičku i dinamičku čvrstoću, elastičnost i tvrdoću. Veoma ja skup pa se zato čelici sa vanadijumom upotrebljavaju u određene svrhe gde ne mogu drugi da ih zamene:

• za opruge,
• za alate i
• delove koji rade na visokim tempertaturama.

Volfram (W) povećava čeliku čvrstoću i tvrdoću na normalnim i povišenom temperaturama, posebno se smanjuje osetljivost na pregrejavnje. Volfram-čelici se upotrebljavaju

• za izradu alata,
• kolenastih vratila,
• vratila turbina i dr.

Molibden (Mo) kao i volfram povećava čeliku čvrstoću i tvrdoću, ali i otpornost na kiseline. Molibden se najčešće dodaje u kombinaciji sa niklom i hromom. Ima sličnu upotrebu kao i volfram-čelik.

Posebno visoku površinsku tvrdoću i otpornost na habanje, pri normalnim i povišenim temperaturama, moguće ja dobiti kod hrom-molibdenskih čelika kojima je dodat aluminijum i koji su podvrgnuti procesu azotiranja. Od azotiranih čelika se rade

• košuljice cilindara,
• ventili,
• kuglični ležajevi i dr.

3.1. Livena gvožđa

Livena gvožđa su legure gvožđa i ugljenika sa sadržajem ugljenika iznad 2%. Usastavu livenih gvožđa u praksi se nalazi veća ili manja količina drugih elemenata, kao što su silicijum, fosfor i sumpor. Ova gvožđa nemaju veliku primenu u vazduhoplovstvu pa ćemo ih pomenuti samo informativno.

3.1.1. Sivo liveno gvožđe

Sivo liveno gvožđe koje u sebi sadrži ugljenik uglavnom u obliku grafita. Sivo liveno gvožđe koristi se za armature, vodovodne cevi, blokove motora, doboše kočnica itd.

3.1. Belo liveno gvožđe

Belo liveno gvožđe je legura gvožđa i ugljenika u kojoj je sav ugljenik vezan u obliku karbida gvožća (Fe₃C) -cementit. Upotrebljava se za izradu valjaka za valjanje, točkova i drugih delova izloženih habanju.

3. Obojeni metali i njihove legure

3.1. Aluminijum i njegove legure

Aliminijum (Al) je

laki metal, =2,7 g/cm³ ,

srebrnasto bele boje koji se

odlikuje dovoljnom hemijskom stabilnošću,

ima dobru plastičnost,

ali nedovoljnu čvrstoću.

visoka elektro i toplotna provodljivost.

Pod dejstvom vazduha odnosno kiseonika u vazduhu aluminijum obrazuje tanak sloj oksida po površini koji ga štiti od korozije (Al₂O₃).

Čist aluminijum nije pogodan za upotrebu kao strukturni matrerijal za vazduhoplovne konstrukcije, zato što ima malu zateznu čvrstoću. Međutim njegove legure imaju mnogo bolje osobine i obrazuju grupu materijala koji su i te kako upotrebljivi za izradu vazduhoplovnih konstrukcija.

Za legiranje aluminijuma se najčešće koriste

• bakar (Cu), Dodatkom bakra aluminijumu se naglo povećava zatezna čvrstoća, a smanjuje električna provodljivost
• magnezijum (Mg),
• mangan (Mn) , Mangan i magnezijum deluju povoljno na povećanje zatezne čvrstoće, mada ne tako kao bakar, i znatno povećavaju korozivnu otpornost aluminijumovih legura
• cink (Zn) i
• silicijum (Si). Silicijum mu znatno povećava istegljivost i livkost

3.1.1. Duraluminijum (Dural)

Aluminijum dobijen na početku razvoja nije imao potrebne mehaničke karakteristike dabi mogao da se koristi kao konstrukcijski materijal za vazduhoplove.

Nemački naučnik Alfred Vilm je pripremio leguru sa

• 95,5% Al ,
• 4% Cu,
• 0,5%Mg , pa je tu leguru zakalio.

Posle kaljenja više puta je izmerio tvdoću legure i dobio različite rezultate, pa je posumnjao u ispravnost aparature, ali kasnija istraživanja su pokazala da se čvrstoća i tvrdoća legure u toku vremena povećava. Tako je otkriven fenomen 'starenja' i mada Alfred Vilm nije teoretski objasno ovu pojavu, on je eksperimentalnim putem odabrao optimalni sastav legure i režim termičke obrade i svoj patent prodao pod nazivom duraluminijum.

Do danas je razvijeno više legura koje se donekle razlikuju po sastavu, načinu termičke obrade i oznakama, ali se svi zovu istim imenom- durali. Posle kaljenja i starenja otpor na kidanje im je ravan _M =400-500 MPa.

Durali se odlikuju sasvim specifičnim ponašanjem prilikom termičke obrade, što uslovljava što stvara postupke njegove tehnološke obrade.

• Zona minimalne otpornosti dobija se zagrevanjem na temperaturu od 350^o C, što predstavlja praktični interes za tehnološku obradu, jer tada materijal postaje pogodan za obradu za plastičnom deformacijom.
• Posle završetka obrade sa ovako omekšalim materijalom gotovi delovi se podvrgavaju kaljenju.
• Čvstoća i tvrdoća durala se ne povećava odmah se ne povećava odmah posle kaljenja, kao što je slučaj kod čelika, već postepeno sa vremenom od nekoliko dana.
• Kaljenje se izvodi na taj način što se legura potapa u kadu sa zagrejanim rastvorom soli natrijuma i kalijuma na temperaturi oko 500^o C, pa se zatim brzo hladi u vodi.
• Hlađenje pri kaljenju se vrši u vodi na sobnoj temperaturi, a zatim se predmet pere u toploj vodi radi uklanjanja soli koje su jako korozivne, potom se odlaže u skladište gde na vazduhu odpočinje proces 'prirodnog starenja'.

Proces starenja se može ubrzati ukoliko se predmet posle zagrevanja hladi u vodi, a zatim suši u struji toplog vazduha-veštačko starenje. Ukoliko se odmah posle kaljenja delovi čuvaju na niskim temperaturama, proces starenja se naglo produžava ili se čak uopšte i ne pojavljuje, što se koristi za čuvanje legura namenjenih plastičnoj obradi.

Rekli smo da je do danas razvijeno više legura koje se razlikuju po sastavu i oznakama, ali se zovu durali. Nešto više ćemo reći o nekoliko takvih legura.

• Dural koji nosi oznaku 2024 sastavljen je od 93,5% Al, 4,4% Cu, 1,5% Mn i 0,6% Mg je jedan od najviše primenjivanih materijala za izradu vazduhoplova. Legura koja se koristi za izradu spoljnje oplate aviona, za izradu krila aviona za završni deo trupa nosi oznaku AlCu4Mg1 3.2553.

• Kada se aluminijumu dodaje zink u kombinaciji sa magnezijumom, dobija se veoma čvrsta legura koja ima oznaku AlZn5Mg3 3.7552, koja se koristi za jako napregnute konstrukcije u avijaciji.

• Legura superduraluminijum je poboljšani duraluminijum. Povećanjem količine bakra i magnezijuma i dodatkom mangana i silicijuma dobijena je grupa legura za izradu glatkih limova za oblogu aviona. Obloga od duraluminijuma je nabrana, čime se povećava otpor krila, trupa i repnih površina. Superduraluminijum ima bolju čvrstoću i tvrdoaću od duraluminijuma. Najbolja iz ove grupe legura je ona čiji lje sastav sledeći:

- bakar 4-5%

- magnezijum 0,6-1%

- mangan 0,6-1%

- silicijum 0,6-1%

Duraluminijum za izradu elisa livenjem ima sastav:

- bakar 3,5-5%

- magnezijum 0,5-1%

- mangan 0,5-1%

Duraluminijim u korodirajućoj slanoj sredini vrlo brzi korodira i propadne pa je bilo neophodno pronaći tehniku da se zaštiti od korozije. Tako je stvoren materijal koji se naziva Al-klad (Al-clad). Dobija se postupkom koji se u engleskom jeziku naziva cladding. Ideja je bila da se po površini duraluminijuma nanese tanak sloj čistog aluminijuma koji vrlo brzo oksidira i stvara zaštitni sloj oksida (Al₂O₃) koji štiti od dalje korozije (Slika 3.1.1.1.)

Slika3.1.1.1.

Valjanje aluminijuma na ploče duraluminijuma je naročito važno za delove koji trpe velika opterećenja.

Sinter-aluminijum je legura koja se dobija tako što se

• aluminijumu se dodaje 10-15% praha oksida aluminijuma (Al₂O₃) ,
• zatim se to presuje i
• sinteruje.
• Sirovi komadi se zatim obrađuju valjanjem ili obradom rezanjem.

Ova legura je pogodna za izradu velikog broja delova vazduhoplova, međutim retko se upotrebljava iz ekonomskih razloga.

Ovako prirodno tvrd materijal veoma je otporan sa promenom temperature.

Hemijska postojanost mu je kao kod čistog aluminijuma.

Koristi se za izradu delova uređaja za odmrzavanje, za ventile i zaptivače za rad pri višim temperaturama.

3. Magnezijum i njegove legure

Magnezijum je najlakši od svih od svih tehničkih materijala (metala).

• Gustina mu je =1,74 g/cm³ , međutim zbog male čvrstoće,
• _M =180 MPa, i
• plastičnosti ne primenjuje se kao konstrukcijski materijal.
• Topi se na 650^o C,
• a pali se na 760^o C i gori blještavim plamenom pri čemu razvija temperaturu od 3000^o C.
• Na vazduhu lako oksidiše i
• prekriva se slojem svog oksida (MgO), ali taj sloj nije gust kao kod aluminijuma, nego je vrlo porozan, te iz tog razloga ne štiti materijal od oksidacije.
• otporan je na baze ali ga kiseline i morska voda nagrizaju.

Čist magnezijum se ne primenjuje kao konstrukcijski materijal zbog njegove izraziti slabe zatezne čvrstoće.

Magnezijum se dobro legira sa mnogim elementima, a naročito sa

• aluminijumom,
• cinkom,
• manganom i
• silicijumom, ređe sa
• cirkonijumom i
• cerijumom.

Tako dobijene magnezijumove legure koriste se kao konstrukcijski materijali, jer imaju mnogo bolja mehanička svojstva, dok im je zapreminska masa mala kao i kod čistog magnezijuma.

Legirani magnezijum ima bolju

relativnu čvrstoću (odnos čvrstoća/gustina) od svih materijala koji se mogu koristiti kao konstrukcijski materijali pa i aluminijumovih legura.

Ujedno se karakterišu velikom otpornošću na vibraciona dejstva,

toplotni kapacitet =1000 J/kgK je 2 puta viši nego kod čelika.

Dodatkom aluminijuma znatno mu se povećava čvrstoća i tvrdoća koje rastu sve do negde 10-11%.

Dodatkom cinka, koji se inače retko dodaje kao jedini legirajući element, povećava se plastičnost legure. On se obično dodaje u kombinaciji sa aluminijumom, tako da gradi trojne legure. Ne dodaje se u većoj količini od 4%.

Mangan donekle povećava čvrstoću, a naročito korozivnu otpornost. Najviše se dodaje do 2,5%.

Silicijum povećava žitkost, odnosno podoljšava livkost legure, međutim, povećava i tvrdoću, naglo smanjuje žilavost. Ne dodaje se preko 1%, jer bi legure postale krte.

Ove legure se retko koriste za glavne nosive delove. Uglavnom se koristi u obliku limova, presovanih i livenih profila i komada za razne vrste oplata i dr.

Magnezijumove legure se dele prema tehnološkoj obradi na :

- legure koje se dobro obrađuju deformacijom (gnječenjem)

- legure koje se dobro obrađuju livenjem

Legure za gnječenje su :

- MgMn2 , koja je otporna na koroziju, dobro se zavaruje i koristi se za rezervoare za pogonsko gorivo

- MgAl6Zn1 , pogodna za termičku obradu, može se zavariti u ograničenoj meri. Koristi se za izradu sedišta, za uljne rezervoare, za lopatice kompresora.

Legure za livenje su:

- P. MgAl6Zn3 , koja je dobre čvrstoće i upotrebljava se za odlivke za avionske motore.

- P. MgAl9 , vrlo velike čvrstoće na savijanje. Od nje se prave odlivci izloženi udarima i povišenim temperaturama do 200^o C .

Odlivci od magnezijumovih legura odlikuju se velikom tačnošću tako da je potrebna veoma mala naknadna obrada. Habanje opreme prilikom livenja pod pritiskom je znatno manje nego kod aluminijumovih legura.

Najpoznatija magnezijumova legura je 'elektron' gde se magnezijum legira sa aluminijumom, cinkom i manganom. Aluminijum i cink poboljšavaju mehaničke karakteristike, a mangan korozivnu otpornost. Dodatkom oko 0,02% berilijuma sprečava se opasnost od samozapaljenja magnezijuma. Radi povećanja čvrstoće i plastičnosti može se dodati oko 0,2% cerijuma i oko 0,7% cirkonijuma.

Legiranje torijumom i itrijumom podiglo je temperaturnu granicu upotrebe legura magnezijuma sa 150^o C na 350^o C pri dugotrajnoj i do 450^o C pri kratkotrajnoj eksploataciji.

Sve ove karakteristike obezbeđuju stalni porast primene magnezijumovih legura u konstrukciji vazduhoplova. Kod aviona se koristi za izradu točkova, delova sedišta, poklopaca, delova sistema komandi, kod motora za oblogu komopresora, lopatica kompresora. Veliku primenu legure magnezijuma su našle i u konstrukciji raketa i satelita.

Nedostatak magnezijumovih legura je u prvom redu preosetljivost prema koroziji, i to prema najopasnijem tipu korozije - koroziji pod naponom. Ne sme se dozvoliti direktan kontak magnezijumovih legura sa čelikom , niklom i alumijumovim legurama.

3.3. Berilijum

Berilijum je metal čelično sive boje sa veoma specifičnim svojstvima. Podaci koji se sreću u literaturi su razližiti zbog razližite čistoće berilijuma kao i različitih temperatura pri kojima su eksperimenti vršeni. Najčešće se sreću sledeći podaci koji karkterišu svojstva berilijuma:

temperatura topljenja 1387^o C,

temperatura 2572^o C,

toplotni kapacitet =1,83*10³ J/kgK,

gustina =1,86 g/cm³,

modul elastičnosti E=3000MPa,

čvrstoća na istezanje _M=450 MPa,

relativno izduženje

brzina prostiranja zvuka u berilijumu 12600 m/s.

On se takođe odlikuje veoma velikom toplotnom provodljivošću, a pri niskoim temperaturama je i odličan provodnik električne energije tako da spada u superpropvodnike.

Krutost berilijuma ja 4 puta veća od aluminijuma,

2,5 puta od titana, a

1,5 puta veći od čelika.

Berilijum je korozivno postojan, jer se kod njega, slično aluminijumu na površini stvara prevlaka oksida koja ga štiti od dalje korozije.

Tek na temperaturama iznad 700^o C mogu se primetiti znakovi korozije.

Oblast primene berilijuma je 600-800^o C, a do 500^o C relativna čvrstoća berilijuma je viša nego kod drugih materijala.

Ovi gore navedeni podaci ukazuju na to da je berilijum veoma pogodan metal za upotrebu u vazduhoplovnim konstrukcijama. Osnovno ograničenja koja utiču na relativno malu količinu berilijuma u konstrukcijama jeste njegova toksičnost, krtost i visoka cena. Usavršavanje tehnologije proizvodnje i obrade toksičnost je eliminisana (toksična je samo prašina berilijuma). Poboljšanjima tehnološkog postupka proizvodnje polufabrikata i delova (tehnologija praha, livenje, istiskivanje, valjanje, kovanje) i istovremenim legiranjem sa bakrom, železom, antimonom, aluminijumom i titanom poboljšane su karakteristike berilijuma, a ujedno je otklonjena i krutost, tako da je jedini ograničavajući faktor danas visoka cena.

Mogućnost primene berilijuma za izradu delova vazduhoplovnih konstrukcija uslovljena je vrstom opterećenja kojim su ti delovi izloženi. Kod vazduhoplovnih konstrukcija veći broj delova (66% po masi i 80% po broju) radi u uslovima opterećenja na pritisak, pa prema tome mogu biti izrađeni od berilijuma. Kod aviona brzine 2-3 Mach-a potrebno je maksimalno smanjenje dinamičkih opterećenja i otpora krila, tj.traži se krilo minimalne debljine i mase. Pri tome na prvo mesto dolazi ne toliko čvrstoća koliko krutost konstrukcije. Kriterijum stabilnosti kod izvijanja je , pa se približno može odrediti ušteda mase pri zameni nekog materijala sa berilijumom po jednačini:

Drugi problem vezan za krutost vrlo brzih aviona su vibracije. Poznato je sopstvena (rezonantna) frekvencija pri datim dimenzijama dela proporcionalan kvadratnom korenu iz odnosa modula elastičnosti i gustine . Veliki modul elastižnosti i mala gustina obezbeđuju delovima od berilijuma 2-3 puta višu frekvenciju pojave rezonance nego kod drugih poznatih materijala. Dobre frekventne karakteristike berilijuma omogućavaju njegovu primenu i za delove koji se brzo obrću. Tako, s obzirom na to da berilijum ima koeficijent termičkog širenja blizak koeficijentima velikog broja čelika, moguća je kombinacija rotor od berilijuma sa čeličnim ležajevima. Male deformacije omogućavaju, takođe, primenu berilijuma za izradu preciznih delova npr. kod žiroskopa, odnosno u inercijalnim sistemima upravljanja.

3.4. Titan (Titanijum)

Osnovne prednosti titana i njegovih legura su u

• veoma visokoj relativnoj čvrstoći i
• hemijskoj stabilnosti na normalnim i povišenim temperaturama (reda 300-500^o C).
• Čisti titan je veoma plastičan =60%, ali mu je čvrstioća mala _M=250 MPa.
• Tehnički titan (99,6%Ti) ima čvrstoću reda 500-700 MPa, ali se ona smanjuje pri zagrevanju.
• Otkriveno je da može nastati pucanje materijala i pri sobnoj temperaturi ukoliko naprezanje prekorači za 0,6% granicu razvlačenja.
• Otpornost na pucanje se poboljšava dodatkom kiseonika i azota, ali se tada povećava brzina prostiranja prskotina, što delovima izrađenim od titana smanjuje eksploatacionu pouzdanost.

Po svom izgledu titan je sličan čeliku.

• male gustine =4,5 g/cm³ i
• visoke temperature topljenja 1668^o C, on ima i druge karakteristike koje ga čine veoma pogodnim za korišćenje u vazduhoplovnim konstrukcijama.
• Mehanička svojstva zavise od čvrstoće i predhodne mehaničke obrade.
• Aktivno upija kiseonik, azot i vodonik, a već mali sadržaj kiseonika i azota mu smanjuje plastičnost.
• Čist titanijum je veoma žilav i čvrst.
• Što se tiče korozivne otpornosti sličan je ne rđajućim čelicima. Titan se dobro obrađuje rezanjem i deformacijom.
• Može se liti, a takođe i zavarivati.
• Odlikuje se dobrom hemijskom postojanošću.
• Na vlažnom vazduhu, u morskoj vodi i azotnoj kiselini ima otpornost kao ne rđajući čelici, a u sonoj kiselini i mnogo bolje karakteristike.
• Elektro i toplotna provodnost titana je niska, pet puta manja nego kod čelika i 15 puta manja nego kod aluminijuma, te se titan primenjuje i za izradu protiv požarnih zidova.

Mnogo više nego tehnički titan u vazduhoplovnim konstrukcijama se primenjuju titanove legure. Glavni legirajući elementi koji mu se dodaju su

• aluminijum,
• vanadujum ,
• mangan,
• kalaj,
• bakar,
• molibden,
• silicijum,
• hrom i
• gvožđe.

Legure titana pri istoj masi su 2-4 puta čvršće, nisu krte i mogu se eksploatisati i pri višim temperaturama. Gotovo sve titanove legure sadrže aluminijum (2-8%), jer on veoma povljno deluje na poboljšanje čvrstoće i to pri normalnim i višim temperaturama. Osim toga poboljšava se otpornost na oksidaciju pri zagrevanju i ne obrazuju se krte oblasti u zoni varenog šava. Hrom, mangan i železo takođe povećavaju čvrstoću.

Čvrstoća legura titana iznosi _M=800-900 MPa, a plastičnost

Titanove legure se koriste za delove koji su

izložene velikim opterećenjima,

pri visokim temperaturama i

gde je povećana opasnost od korozije.

To su delovi noseće konstrukcije letelice, delovi oplate aviona ili delovi mlaznih motora. Za veoma brze avione, čija brzina prelazi 2 Mach-a, od legura titana izrađuje se lim za oplatu, okvir trupa, noseće pregrade, glavni nosači i poprečna rebra krila.

Titan ima dve kristalne modifikacije

do 882^o C je -titan,

a iznad 882^o C je -tatinijum.

Veoma povoljan odnos svojstava imaju tzv. legure koje mogu dugotrajno da se eksploatišu do temperture do 450^o C. Osim aluminijuma takve legure sadrše hrom, molibden, vanmadijum i mangan. Ove legure imaju čvrstoću _M=1000-1100 MPa, a u zakaljenom stanju i do _M=1300 MPa. Kao najčvršće se javljaju legure podvrgnute kaljenju i starenju. One mogu dugotrajno da se eksploatišu i pri temperaturama 500-600^o C. Ove legure imaju čvrstoću _M=1400-1700MPa pri temperaturi 400^o C.

Jedna od poznatijih titanovih legura TiAl6V4. Dobro se obrađuje plastičnom deformacijom i ima dobar odnos čvrstoće i zapreminske mase. Upotrebljava se za oplatu izviđačkih aviona koji lete brzinama dva puta većim od brzine zvuka. Takođe legure TiAl6V4 i TiCr5Al3 su legure koje su pokazale veliku otpornost na opterećenje kao i na koroziju. Legura TiAl8Mo1V1 koristi se za izradu lopatica kompresora kovanjem, a legura TiAl5Sn2 za delove kućišta motora.

Temperature kojima su izlošeni konstrukcioni delovi samih letilica mnogo su niže od onih kojima je izložen sam motor. Iz tog razloga često je dovoljan titan tehničke čistoće za proizvodnju poluproizvoda. Oko 40% delova izrađenih od titana pri konstruisanju letelice su kovani delovi, kao što su vezni elementi, okovi, nosači, razne poluge, delovi kočnica i stajnih organa, krilca, zakrilca, vijci, vodilice i dr.

3.5. Bakar i njegove legure

Bakar je metal

crvenkaste boje,

relativno velike zapreminske mase = 8,9 g/cm³,

topi se na 1083^o C.

Odličan je provodnik električne struje, najbolji među neplemenitim metalima, ali mu primese znatno smanjuju provodljivost.

dobar toplotni provodnik.

Korozivno je otporan na vazduhu, jer mu se stvara po površini patina zelene boje (CuO₃xCu(OH)₂) koja je gusta i štiti ga od dalje korozije.

Bakar je materijal slabe zatezne čvrstoće i veoma je istegljiv.

Čist bakar nema veliku upotrebu u vazduhoplovnim konstrukcijama, već se koriste njegove legure. Dobro se legira sa cinkom, aluminijumom, olovom, kalajem i berilijumom. Legure bakra imaju mnogo bolju zateznu čvrstoću nego čist bakar, ali su toliko slabi provodnici toplote da su više toplotni izolatori.

Prema vrsti i količini glavnog legirajućeg elementa, legure bakra se dele na:

- bronze

- mesing

- specijalni mesing

- crveni liv

- novo srebro.

Najinteresantnije su bronze i mesing.

3.5.1. Bronze

Bronze su legure u kojima su najčešće glavni legirajući elementi kalaj, olovo, aluminijum, silicijum, mangan i berilijum. Prema glavnim legirajućim elementima se i zovu i tri najpoznatije vrste bronzi:

- kalajne bronze

- aluminijumske bronze

- olovne bronze.

Kalajne bronze su dvojne legure bakra u kojima se pored osnovnog elementa kao jedini legirajući element nalazi kalaj i to u količini 2-20%. Dodatkom kalaja bakru se povećavaju čvrstoća i tvrdoća, a smanjuje se istegljivost. Prema načinu tehnološke obrade ove legure se dele na legure za gnječenje i legure za livenje. Kod legura za gnječenje sadržaj kalaja je 2-8%. Poznate su sledeće legure;

- CuSn2 2051, koristi se za izradu spojki kablova, za sve vrste opruga i za savitljive cevi

- CuSn6 2052, primenjuje se za zaptivanje prozora i vrata, za manometarske cevi, za klizna tela.

Najbolja antifrikciona svojstva (smanjuju trenje) imaju bronze sa sadržajem kalaja 10-12% koje u sebi imaju još i cinka ili olova.Kalajno-cinkova bronza sa 11% kalaja i 4% cinka koristi se za umetke na kipnim glavama kljpnjače avionskih motora. Legure za livenje sadrže 8-20% kalaja i najpoznatije su:

- P. CuSn14 2001, koja je vrlo otporna na koroziju, a koristi se za opterećena klizna ležišta i klizne ploče

- P. CuSn10Zn2 2101, je korozivno otporna, a takođe i na morsku vodu i koristi se za vrlo opterećene klizne ploče, za klizna ležišta i vence točkova.

Aluminijumske bronze sadrže 14% aluminijuma. Čvršće su i tvrđe od kalajnih, mogu da se kale, čime im se čvrstoća i tvrdoća povećavaju. Kao i kalajne i aluminijumske bronze se po načinu obrade dele na aluminijumske bronze za gnječenje i livenje. Bronze za gnječenje su:

- CuAl5 4051, ima visoku čvrstoću na povišenim temperaturama i otporna je na koroziju, koristi se u hemijskoj industriji, brodogradnji i za kočnice

- CuAl10Fe5Ni5 4553, otporna je na koroziju, a koristi se za delove koji moraju biti otporni na vatru, za osnovne i komadne delove.

Legure za livenje su:

- P. CuAl10Fe 4501, legura otporna na temperature od -200 do +200^o C, a koristi se za mehanički opterećene delove kao što su zupčanici startera, za mazalice

- K. CuAl10Fe5Ni5 4501, legura otporna na toplotu i udar i koristi se za ležišta, ventile i svećice.

Olovna bronza je dvijna legura bakra i olova u količini 5-28%. To je odličan antifrikcioni materijal i zbog toga se koristi za izradu ležišta livenjem. Nije dovoljno tvrda, pa se od nje proizvode dvojna ležišta. Čaura se izlije od tvrđeg materijala kao što je čelik, a zatim se unutrašnja obloga ležišta naliva odgovarajućom bronzom. Najpoznatije su:

- P. CuPb25, koristi se za klipnjače motora sa unutrašnjim sagorevanjem

- P. CuPb28, koristi se za ležišta avionskih motora.

3.5. Mesing

Mesing je dvojna legura bakra i cinka u kojoj je sadržaj cinka u granicama5-44%. Dodatkom cinka bakru rastu tvrdoća i čvrstoća, a istegljivost do neke granice, posle čega se smanjuje žilavost, a povećava krtost. Legure sa preko 44% cinka su krte i nemaju primenu. Do 38% cinka legura je pogodna za gnječenje, a od 39-44% za livenje. Najznačajnije legure su sledeće:

- CuZn37 1058, dobro se tvrdo lemi i zavaruje

- P. CuZn40 1303, ova i prethodna legura se koriste u vazduhoplovstvu za trake za hladnjake, za benzinske, uljne i vodene cevi

- CuZn30 1056, koristi se za izradu svih vrsta cevi za kondenzatore i izmenjivače toplote.

3.6. Nikl i njegove legure

Nikl je metal srebrnasto bele boje. Topi se na temperaturi 1450^o C. Ima dosta veliku zapreminsku masu =8,8 g/cm³. Magnetičan je i to svojstvo zadržava do 367^o C. Otporan je na dejstvo vazduha, vlage, baza i organskih kiselina. Rastvara se u sumpornoj, azotnoj i hlorovodoničnoj kiselini.

Po svojim mehaničkim i tehnološkim karakteristikama sličan je čeliku. Upotrebljava se za zaštitu čeličnih, gvozdenih i drugih materijala od korozije na koje se nanosi galvanskim postupkom. Najviše se upotrebljava za legiranje čelika i livenog gvožđa, kao i kod legura bakra i aluminijuma.

Nikl se koristi u obliku njegovih legura. Njihove osnovne karakteristike su dobra postojanost u prisustvu hemikalija i dobra čvrstoća na povišenim temperaturama. Glavni legirajući elementi u njegovim legutama su bakar, gvožđe, molibden i hrom. Sporedni dodatni elementi su mangan, silicijum, volfram, vanadijum i titan.

Legure nikla se prema nameni mogu podeliti na:

- legure za konstrukcione svrhe

- legure za grejače.

Nas više interesuju legure za konstrukcione svrhe pe ćemo njima i posvetiti pažnju. Legure koje lmaju najveću primenusu:

- NiCu35, tzv.'monel'-metal, ima dobru čvrstoću na temperaturama sve do 700^o C, dobru žilavost, dobru tvrdoću i visoku otpornost na koroziju. Upotrebljava se u hemijskoj industriji, avionskoj industriji, mašinogradnji itd.

- NiCr35, tzv. 'koronel 230' je legura koja služi kao zamena za nerđajuće čelike, jer je otpornija od njih.

- NiMo20Cr10, je veoma otporna legyra, žilava, dobro se zavaruje i svojstva joj se ne menjaju sa promenom temperature. Koristi se za izradu razmenjivača toplote i pumpi.

- NiCr25, legura koja ima veliku zateznu čvrstoću i veliku otpornost na zamor, dobra antioksidaciona svojstva. Upotrebljava se za izradu delova mlaznih motora.

- 'Invar'-čelik je legura gvožđa koja sadrži 36% nikla. Malo se širi i praktično se ne menja u intervalu od -30^o C do 50^o C. Upotrebljava se za izradu preciznih mernih instrumenata.

- Feronikl je legura koja se sastoji od 25% nikla i 12% aluminijuma, a ostatak je gvožđe. Od nje se prave magneti.

3.3. Nemetali

Ovi materijali čine veliku grupu inženjerskih materijala i imaju značajnu ulogu u tehnici, a često ne postoji zamena za njih. Značaj ovih materijala vezan je za njihova fizičko-hemijska svojstva. Standardni savremeni proizvod mašinske industrije je automobil, a u vazduhoplovstvu letelice. U njih se pored metalnih materijala kao što su čelik i razne legure, ugrađeni i raznovrsni nemetalni materijali (boja, staklo, guma, plastične mase, tekstil itd.). Kada se uporede vrednosti materijala koji su ugrađeni u ovaj proizvod, lako se može doći do zaključka da su nemetalni materijali zastupljeni sa oko 30% u odnosu na ukupnu vrednost proizvoda.

3.3.1. Drvo

Drvo je prirodni materijal koji se danas skoro uopšte ne koristi u vazduhoplovnim konstrukcijama, dok je nekada bio ne zamenljiv materijal za izradu vazduhoplova, a naročito krila aviona i elisa.

Drvo dobro podnosi pritisak i zatezanje u pravcu vlakana, a ne podnosi savijanje. Poprečno na pravac vlakana ono dobro podnosi naprezanje na savijanje i udar. Pri naprezanju na pritisak se gnječi, a pri zatezanju se cepa. Karakteristično je da je tvrdoća u pravcu vlakana znatno veća nego poprečno na njih.

3.3. Tekstil

Kada govorimo o tekstilu u stvari se više misli na način pripreme materijala, a sam materijel je u stvari vlakno. Vlakna mogu biti prirodna i sintetička. U principu su prirodna vlakna kvalitetnija, ali i skuplja, mada danas sintetička vlakna osim što su jeftinija dostigla su kvalitet prirodnih vlakana.

U vazduhoplovstvu se tekstil koristi za opremu unutrašnjosti kabine tj. za enterijer (zavese, presvlake sedišta, podne prostirke, tepisi itd.). Zbog uslova bezbednosti tekstilni materijali od kojih se pravi oprema u kabini moraju imati specifične osob  ine koje inače drugi tekstilni materijali nemaju. Najvažnija osobina tekstila koji se koristi u vazduhoplovstvu je da u slučaju požara tj. paljenja gori bezdimno i bez plamena.

3.3.3. Guma

Osnovna sirovina za dobijanje gume je prirodni i veštački kaučuk. Prirosdni kaočuk se dobija iz soka tropskog drveta 'kaučukovca' i veoma je dobrog kvaliteta. Sok ovog drveta (lateks) je gust, bele boje i u sebi sadrži 37-41% kaučuka. Tehnički kaučuk se dobija sušenjem ili taloženjem kaučuka pomoću sirćetne kiseline. Ovako dobijeni sirovi kaučuk sadrži 60-95% čistog kaučuka, koji se kasnije prerađuje u gumu. Sintetički kaučuk se najčešće dobija iz alkohola i potpuno zamenjuje prirodni, a u nekim osobinama ga i prevazilazi.

Proizvodnja gumenih delova se sastoji od osnovnih operacija:

- emulgiranje

- polimerizacija

- koagulacija

- odstranjivanje vode

- sušenje

- kalandriranje.

Sumpor je jedan od glavnih dodataka gumenoj smesi jer je no uslov za proces vulkanizacije, a veoma mnogo mutiče na povećanje tvrdoće gume. Dodatkom sumpora 30-40% dobija se tvrda guma 'ebonit' koja se koristi kao elektroizolator. Osim sumpora, u gumenu smesu se dodaju i određeni aditivi. Najčešće se dodaje čađ koja povećava jačinu na kidanje i otpornost na habanje.

Radi smanjenja cene gumi se dodaje kreda, a radi omekšavanja i olakšavanja procesa valjanja različiti regeneratori. Vulkanizacija je najvažniji proces pri izradi gume, kojim gumeni prizvodi dobijaju konačne osobine.

Vulkanizacijom se poboljšavaju čvrstoća i elastičnost gume, kao i otpornost na promenu temperature. Postoje dva načina vulkanizacije:

- topla vulkanizacija -Topla vulkanizacija se sastoji u tome što se predmet izrađen od gume zagrevaju do temperature 140-150^o C. Na toj temperaturi nastaje reakcija između sumpora i kaučuka. Ovakoj vulkanizaciji se podvrgava većina gumenih proizvoda.

- hladna vulkanizacija.- Hladnoj vulkanizaciji se podvrgavaju proizvodi od gume tankih zidova. Pri ovakvom načinu vulkanizacije gumeni prizvod se potapa u sumporni hlorid rastvoren u benzinu. Vulkanizirana guma ima mnogo bolju izdržljivost kako na visokim tako i na niskim temperaturama.

Gumeni proizvodi su podložni starenju zbog čega se čuvaju pod specijalnim uslovima (vlažnost vazduha 40-65%, temperatura 5-15^o C), i to ograničeni vremenski period. Na vazduoplovima se koristi veliki broj gumenih proizvoda, kao što su rezervoari za gorivo, cevovodi, zaptivke, amortizeri i pneumatici.

3.3.4. Boje i lakovi

Za bojenje metalnih i drvenih delova u vazduhoplovstvu koriste se uljane boje. Ovakav način bojenja je najeftiniji i najlakši i primenjuje se kao zaštita materijala od korozije. Međutim ovi premazi nisu ne propustljivi, pa vlaga ipak prodire kroz sloj boje i izaziva koroziju.

Uljane boje treba da zadovolje sledeće uslove:

boje treba da što bolje štite metal od korozije

premaz tj. sloj od ovih boja treba da bude čvrst i elastičan

treba da se brzo suše i dobro prijanjaju uz metal

da su otporni na atmosferske uticaje

ne smeju da sadrže mehaničke primese.

U sastav uljane boje ulazi

pigment za bojenje u prahu, Kao pigmenti za bojenje se koriste oksidi raznih metala ( olovno belilo, cinkovo belilo , titanovo belilo i dr.). To su pigmenti za belu boju. Pigment za žutu boju je cinkov hrom, za plavu ultra marin , za crnu boju gar, grafit, drveni ugalj. Pigmenti mogu veoma mnogo da utiču na proces korozije metala. Posmatrano tako oni se dele u 3 grupe:

oni koji štite od korozije

koji su neutralni

koji olakšavaju koroziju

fir najz (ulje koje se brzo suši) i

razređivač ( terpentin ili špiritus).

U najbolje zaštitnike gvožđa od korozije spada olovno belilo. Ono sa uljem stvara košuljicu ne propustljivu za vodu. Za duraluminijum i druge aluminijumske legure zaštitni piglenti su cinkove soli hromne kiseline i cinkovo belilo.

Neutralni pigmenti štite metal samo mehanički jer na njegovoj površini stvaraju čvrst sloj boje. U ovu grupu spada minijum.

Pigmenti koji olakšavaju koroziju stvaraju sa materijalom galvanski par. Kod njega je pigment katoda, a materijl anpda. Korozivno dejstvo pigmenta najčešće ne zavisi od samog pigmeta već od primesa koje sadrži.

Ulja su neophodni sastavni delovi uljane boje. Dele se na ona koja se suše i ona koja se ne suše. Sušiva ulja su laneno ili konopljino ulje, a ne sušiva su ricinusovo i mineralna ulja.

Sirova ulja koja se suše ne upotebljavaju se prilikom izrade lakova i boja jer se dugo suše( 5-7 dana). Zato se dabi se to vreme skratilo zagrevaju na 120-140^o C, i tada se potpuno uklanja voda. Zatim se u zagrejano ulje dodaju materije koje se zovu sikativi. Tako obrađeno ulje naziva se firnajz. Najbojli firnajz takozvani prirodni firnajz izrađuje se od lanenog ulja, ali kao ga nema dovoljno, pri izradi boja umesto njega se koristi tzv. ekonomični firnajz.

Lakovi su rastvori smolastih materija u rastvaračima organskog porekla. Prema sastavu i svojstvima lakovi se dele u 2 grupe:

- etar lakovi , kod kojih je smola rastvorena u etru

- masnhi lakovi , u čiji sastav ulazi i firnajz.

Etar lakovi su rastvori smole ili celuloze u etru, kao organskom rastvaraču za smole odnosno u acetonu za celulozu. Od lakova na bazi smola mnogo se koristi šelak-lak. On se sastoji od oko 25% šelaka i 8%kalofonijuma. [elak je smola koja se stvara na četinarskom tropskom drveću usled nagrizanja insekata. Ima ga u Indiji, Sijamu i na ostrvu Sumatri. Kao rastvarač šelaka koristi se sirovi špiritus.

U izradi aviona naročito se koriste etar lakovi na bazi nitro celuloze. Ovi lakovi se brzo suše a posle sušenja se obrazuje košuljica glatka kao ogledalo. Tvrda materija koja stvara košuljicu je nitroceluloza, koja se dobija obradom celuloze iz drveta pomoću azotne i sumporne kiseline. Za izradu nitro lakova celuloza treba da sadršui 11-12% azota. Nitro celuloza obrazuje košuljicu visokog kvaliteta i daje i sjajnu i čvrstu opnu otpornu na vodu. Nedostatak joj je što je lako zapaljiva.

Postoje dve vrste aero lakova:

- bezbojni aerolakovi za prvo premazivanje

- obojeni aerolakovi za drugo premazivanje.

Da bi se boje i lakovi što bolje držali za površinu na koju su naneti upotrebljavaju se specijalni pigmentni lakovi koji se zovu pigmentni lakovi. Osnova čini prvi sloj, koji obrazuje košuljicu koja se dobro drži i za predmet sa jedne strane odnosno za boju ili lak sa druge strane, a istovremeno je dopunsko sredsvo za zaštitu metala od korozije.

Osnova treba da bude što elastičnija kako nebi pucala pri deformaciji opterećenog dela. Oni površini daju hrapavost, koja odezbeđuje bolje prijanjanje slojeva boje i laka. Razlika u osnovi za metal i drvo je u tome što u osnovu za drvo ulazi manja količina pigmenta da bi osnova bolje prodirala u pore drveta.

Osnove za boju, za avion, mogu da budu na lak-uljanoj i nitroceluloznoj osnovi. U lak-uljane osnoveolaze pigmenti i razređivač (benzin). Ova osnova može dea se koristi ispod uljanih lakova kao i ispod nitro lakova. Osnova na nitrocelulozbnoj bazi sadrži pigment koji boji nitrocelulozni lak i razređivač (benzol). Ova osnova može da se koristi kao prvi sloj ispod nitro i uljanih lakova.

3.3.5. Lepkovi

Spajanjem raznih materijala u slojevima pomoću lepkova ima veliki značaj u industriji aviona. Tako se dobijaju tzv. sendvič-materijali.

Lepkovi se prema poreklu dele na

organske - Organski lepkovi mogu biti

o       prirodni - Prirodni, opet mogu biti životinjskog porekla (kazeinski, albuminski) i biljnog porekla (prirodni kaučuk).

o       sintetički. -Sintetički lepkovi se dele u odnosu na sintetičke metode dobijanja na polimerizacijske, polikondenzacijske i poliadicijske

neorganske- U neorganse lepkove spadaju gips, tečno staklo i dr.

Za vazduhoplovnu industriju nejveći značaj imaju sintetički organski lepkovi.

Poseban tip lepkova u vidu tutkala su sintetičke smole raznih vrsta, koje se upotrebljavaju za

lepljenje i na hladnom i u vrućem stanju, slojeva jednorodnih ili raznorodnih materijala, kao što su

o       metal-metal,

o       drvo-metal, metal-staklo,

o       metal-tekstil itd. Ovako dobijeni materijali nazivaju se sendvič materijali.

Ovi materijali dobijaju se tako što se u njihovoj unutrašnjosti nalaze laki materijali (metalni ili nemetalni), sa oplatom od odgovarajućeg materijala. Oplata može biti od istog materijala kao i jezgro, a može biti i od aluminijumskih ili drugih legura.

U velikoj meri jezgro materijala se pravi od veštačkih smola i staklenih vlakana.

Od ovih materijala se proizvode

delovi kontrolnih organa,

kormila,

pregradni zidovi.

Za unutrašnje pregrade,

zidove,

poklopce,

vrata i dr. ovi materijali se izrađuju od papirnih šestougaonih cevčica (saće), a oplata se pravi od veštačkih smola.

Sendvič-materijali, čije se i jezgro i oplata prave od metalnih materijala slepljivanjem na vruće, upotrebljavaju se za noseće konstrukcije, kao što su krila brzih aviona.

Ovi materijali imaju

veoma povoljan odnos čvrstoće i težine,

otporni su na ulubljenja i

veoma dobro podnose oscilacije i vibracije.

Od veštačkih lepkova koji se najčešće koriste za lepljenje i proizvodnju ovih materijala najznačajniji su fenolformaldehidni, epoksidni, metilolpoliamidni i silicijum-organski lepkovi.

3.3.6. Plastične mase

Plastične mase se dobijaju od visokomolekularnih organskih materijala koji u određenim etapama prerade postižu plastičnost, kada se oblikuju pa zatim učvršćuju. To su najčešće jedinjenja ugljenika sa vodonikom, kiseonikom i azotom.

Osnovna svojstva plastčnih masa zavise od

molekularne strukture,

molekularne mase,

te aditiva koji im se dodaju.

Prema strukturi plastične mase mogu biti

linearni, -Linearni polinerimeri su nitaste makromolekule koje mogu biti opružene, klupčaste ili usmerene

razgranati -Razgranati polimeri sastoje se od lanaca koji na određenim udaljenostima imaju ogranke istog hemijskog sastava kao i glavni lanac. ili

umreženi polimeri - Umreženi polimeri se sastoje od međusobno povezanih lanaca u dvodimenzionalne ili trodimenzionalne mreže.

Plastične mase se dobijaju procesima

polimerizacije -Polimerizacija je hemijski proces stvaranja makromolekula spajanjem jednostavnih hemijski istih ili različitih molekula. tj.

polikondenzacijom -Polikondenzacija je hemijska reakcija kod koje dolazi do međusobnig povezivanja dve ili više hemijskih grupa uz izdvajanje molekula vode, amonijaka, formaldehida, itd. ili

poliadicijom. -Poliadicija je hemijska reakcija kod koje se hemijski različite molekule usled intramolekularnog premeštanja, međusobno povezuju u makromolekulu, ali bez izdvajanja vode ili nekog drugog jedinjenja.

Dodavanjem različitih aditiva plastižnim masama mogu se promeniti njihove hemijske i fizičke karakteristike. Aditivi koji se najčešće koriste u proizvodnji plastičnih masa su sledeći:

punioci, utiču na preradu i mehaničke karakteristike plastičnih masa

stabilizatori, materije koje se dodaju plastičnim masama da bi se očuvala njihova postojanost

omekšivači, smanjuju viskoznost plastičnih masa

bojioci, kako im i ime govori služe za bojenje plastičnih masa

Plastične mase su zbog svojih osobina našle primenu u skoro svim područjima ljudse delatnosti, pai u vazduhoplovnoj industriji. Dva su razloga široke upotrebe i primene plastičnih masa:

zbog ne ograničneog obima sirovinske baze za proizvdnju plastičnih masa

zbog dobrih eksploatacionih osobina plastičnih masa

Specifična masa plastičnih masa iznosi =0,9-2,3 g/cm³ , odnosno prosečno 1,6 g/cm³, znatno teže od drveta li iste čvrstoće, ali duplo manje od aluminijumskih legura pa se koriste za prozore I lako opterećena mesta gde je bitinije rukkovanje sa njima nego čvrstoća

što je dva puta manje nego kod duraluminijuma, a za 5-8 puta manje nego kod čelika.

Penasti plastični materijali imaju veoma malu specifičnu masu =0,01-0,2 g/cm³.

Prednosti plastičnih masa

Antikorozivna stabilnost korozivnih masa je dobra jer su dielektrici i nisu podložni elektrohemijskoj koroziji.

Neke plastične mase su otporne na jake kiseline i baze.

Električna svojstva plastičnih masa se mogu podešavati pomoću punioca tako da one mogu biti ili izolator ili provodnici.

Pojedine plastične mase imaju dobra frikciona svojstva dok neki opet imaju dobra antifrikciona svojstva (tetrafluoretilen), pa se koriste za izradu ležišnih sklopova.

Plastične mase su dobri vibracioini i zvučni izolatori.

Takođe imaju malu toplotnu provodljivost, u odnosu na metale oko 600 puta manju.

Prema njihovoj reakciji na dejstvo temperature mogu se svrstati u dve grupe :

- termostabilne plastične mase

- termoplastične plastične mase.

U termostabilmne materijale spadaju plastične mase koje prvo pri zagrevanju omekšaju, a zatim pri daljem zagrevanju prelaze u tvrdu ne topljivu smolu. Ovde spadaju fenoplast, silikoni i epoksidi.

Termoplastične mase pod dejstvom temperature omekšavaju, a pri hlađenju očvršćavaju. Najpoznatiji termoplastični materijali su

poliestri,

polietilen,

polivinilhlorid-PVC,

polistiren,

poliakrilati,

politetrafluoretilen (teflon) i

poliamidi.

Poliakrilati se koriste za izradu poklopaca avionskih kabina. Teflon takođe ima primenu u avionskoj i kosmičkoj industriji. Od poliamida se izrađuju bezšumni zupčanici jer su veoma otporni na habanje. Sa njima se takođe presvlače avionske gume, čime im se povećava toplotna izdržljivost i otpornost na habanje.

3.4. Kompozitni materijali (kompoziti)

Materijali dobijeni mešanjem

plastičnih masa ili osnovom-matrica

aktivnih punilaca nazivaju se kompozitni materijali ili armirajući elemenat čvrstih vlakana kao što su staklo ili grafit. Vlaksna su kontinualna ili diskontinualna ali imaju veću čvrstoću nego marerijal od kojeg su napravljen kada se nalazi u ukrupljenom obliku

Ploča matreijal koji je armiran vlaknima je aniyotropna I ta osobina yavisi od pravca pružanja vlakana. Pa se zbog toga struktura kompozita sastoji od dva ili više slojeva koji su spojeni u frmu koja se zove lay-up tako dase pravac pružanja vlakanba poklapa sa pravcem pružanja glavnih opterećenja.

U početku razvoja kompozita staklana vlakan su korišćena uz punioc eposkidnu smolu. Staklom armirana plastika ili GRP korišćeje za nos aviona ili radomes I lopatice rotora helikoptera, ali je imala ograničenu primenu na avione sa fiksnim krilom zbog male krutosti.

1960 pojavio se Kevlar iste čvrstoće kao staklom armirani kompozit, ali veće krutost. Kevlar ima lože osobine veoma slabo podnosi kompresiju I jako se teško proizvodi pa sekoristi u sekundranim strukturama. Kevlar je armiran vlaknima borona.

U USA je proizvden materijal koji je posedovao dovoljnu čvrstoću I krutost da bi se upotrebi za primarnu strukturu.To je CFRP Ugljeničnium vlaknima armirana plastika koji imaju slučne osobine kao boronska vlakna ali su mnog jeftiniji.

CFRP ima module

tri puta veće od GRP

1,5 puta veće od Kevlara

dva puta veće od aluminijumske legure

CFRP ima čvrstoću strtenght

tri pta veću od aluminijumske legure

istu kao GRP

I malo manju od Kevlara

Mane CFR su

Uljenik je krt pa zato nije plastičan u regionima velikog opterećenja

Čvrstoća je bitno redukovana oštećenjem od udara koja je nevidljiva golim okom

Epoksida matrtica može da apsorbuje vodu čto redukuje čvrstoću na kompresiju

Procenjuje se da zamena 40% strukture od alumijuma sa CFRP može da dovede do uštede do 12% ukupne mase sttrukture.

Posebna prednost kompozita je mogućnost variranja poprečneog presek duž razmaha krila ili rotora lopatice helikopšterskog rotora, jer se kompoziti mogu liti lili oblikolvati u kalupu.

Od kompozita je napravljen rep Boeinga 777 dok je napadna ivica A310/320 napravljhena od kopmozira ariranogb vlkaknima stakla. Kompletan avion napravljen od kompozita je Beechcraft Starship koji nije doživeo komercijalni uspeh zbog kanard konfiguracije kje je dovela do rasta otpora i mase aviona.

Plastične mase u ovim materijalima imaju ulogu vezivnog sredstva koje treba da poveže čestice ili vlakna aktivnih punilaca. Svojstva kompozita zavise od izbora plastične mase i aktivnog punioca, kao i od njihovog masenog odnosa i samog načina izrade.

Postojanje ogromnog broja plastižnih masa i punilaca sa različitim svojstvima omogućava izradu kompozita sa različitim svojstvima, koja se menaju u širokom spektru. Poseban značaj kao konstruktivni materijali imaju kompoziti na bazi plastičnih masa ojačanih vlaknima i tkaninama, koje se u tehnici obično nazivaju armirane plastične mase.

Kompozitni materijal može se razmatrati kao heterogena sredina. U suštini u takve materijale spadaju,

više komponentne stohastčke smese (kada su sve komponente smese ravnopravne),

matrične smese (kada se u materijalu može izdvojiti osnova-matrica, a sve ostale komponente se smatraju dodatim ).

U krajnjem slučaju ovde spadaju i jednorodni materijali sa šupljinama (može se smatrati da dodata komponenta ima modul elastičnosti ravan nuli ).

Jedna od mogućih klasifikacija kompozitnih materijala je prema prirodi armirajućeg elementa, a druga je prema tehnološkom procesu proizvodnje.

Kompoziti, armirani takvim elementima, kod kojih su sve dimenzije veličine istog reda nazivaju se granuliranim. Materijali koji se mogu svrstati u granulirane kompozite su različiti po svjoj prirodi:

od disperziono ojačanih legura i sintetičkih penoplasta do metala ozračenih neutronima, koji imaju šupljine. Kompoziti armirani takvim elemetima kod kojih su dve dimenzije znatno veće od treće nazivaju se ravanski teksturovani. Danas se ipak najviše primenjuju kompozitni materijali armirani vlaknima.

Vlakna kod kratko vlaknastih kompozita mogu biti uređena odnosno paralelno uređena ili haotična. U odnosu na to da čvrstoća vlakna raste sa smanjenjem njegovih dimenzija, ovakvi materijali su interesantni za istraživanje i primenu. Na ovaj način se dobijaju novi kompoziti tj. materijali armirani kristalnim nitima i eutektoidni kompoziti metal-metal.

Kod kompozitnih materijala sa ne prekidnim vlaknima

vlakna mogu biti raspoređena strogo paralelno ili

u obliku različitih vrsta tkanja. S obzirom na to da pri tkanju može doći do ošetćenja vlakana, a time i do znatnog sniženja karakteristika kompozita, pažnja se posvećuje kompozitnim materijalima sa paralelnim vlaknima. Karakteristike kompozita zavise u najvećoj meri od tri faktora:

čvrstoće i hemijske stabilnosti matrice

čvrstoće i elastičnosti armirajućeg vlakna

čvrstoće veze između matrice i armirajućeg vlakna

3.4.1. Matrice kompozitnih materijala

Za matrice, prilikom izrade kompozitnih materijala, korisete se polimeri (plastične mase) i metali. matrica predstavlja osnovu kompozitnog materijala i svrha joj je :

- veza između vlakana

- prenošenje opterećenja sa vlakno na vlakno

- zaštita površine vlakana čime se sprečava uticaj abrazije

- obezbeđuje obradivost kompozita

- sprečava kontakt vlakno-vlakno, a time se ujedno sprečava oštećenje vlakana

- sprečava širenje prskotina odnosno lom vlakana

Za konstruktivne kompozitne materijale se najčešće koriste polimerne matrice.

Postoje dva tipa polimernih matrica:

- termostabilne polimerne matrice

- termoplastične polimerne matrice.

3.4.1.1. TERMOSTABILNE polimerne matrice

Termostabilne polimerne matrice se koriste u kompozitima koje se primenjuju za izradu mnogih elemenata konstrukcije vazduhoplova. Prednost termostabilnih polimera je mala temperatura i mali pritisak polimerizacije, mala viskoznost, širok dijapazon rastvora, tehnologičnost preprega (prepreg-armirajuća vlakna impregnirana odgovarajućim smolama). Termostablni polimeri od kojih se prave matrice se mogu podeliti i pet grupa :

- poliestri

- epoksidi

- bizmalaidi

- poliamidi

- fenoli

3.4.1. Termoplastične polimerne matrice

Matrice od termostabilnih polimera imaju sledeće prednosti: neogranični vek upotrebe, manju osetljivost na uticaj okoline. Ove karakteristike omogućavaju da se kompoziti sa termoplastičnim matrice koriste pri automatizovanim procesima izrade delova. Za izradu termoplastičnih matrica najviše se koriste:

poliamidi

poliefirsulfoni

poliefiramidi

polifenilensulfidi.

Problem primene kompozitnih materijala sa termoplastičnim matricama jeste obezbeđenje dozvoljenih deformacija koje treba da budu oko 0,6%.

3.4. Armirajuća vlakna

Kao armirajući elementi najčešćese koriste vlakna, i to u zavisnosti od očekianih karakteristika novog materijala koriste se metalna i nemetalna armirajuća vlakna.

3.4.1. Nemetalna vlakna

Za izradu kompozitnih materijala koji se koriste pri gradnji vazduhoplova najčešće se upoterbljavaju nemetalna vlakna i to:

borna

ugljenična

aramidna

staklena .

Borna vlakna su visoko čvrsta i visokomodulna vlakna koja se koriste u konstrukciji vazduhoplova. Borno vlakno se dobija od tanke niti volframa 12,5 m, koja ide malom brzinom kroz reaktor i pomoću električne struje zagreva do 1200^o C. Na nit volframa se taloži bor iz gasne faze boro-hlorida i dobija se jezgro prečnika 15-17m, oko koga se formira sloj polikristalnog bora. Posle gotovog postupka dobijanja vlakna, ono je debljine 50-200m, a njegova površina ima oblik 'klipa kukuruza' što omogućava bolju adheziju sa matricom. Na sličan način se dobija i borno vlakno sa jezgrom od ugljenika.

Fizičko hemijske karakteristike bornog vlakna zavise od karakteristika komponenata (bora i volframa), kao i dosta složene reakcije između njih.

Niska gustina, koja se smanjuje, sa povećanjem prečnika vlakna usled smanjenja sadržaja volframa, obezbeđuje visoke specifične karakteristike čvrstoće.

Visoka temperatura topljenja predodređuje kako toplotnu stabilnost bornog vlakna, tako i visoku površinsku energiju neophodnu za obezbeđivanje dobre adhezije.

Toplotna provodljivost na sobnoj temperaturi slična je provodljivost nerđajućih čelika, ali naglo opada pri povećavanju temperature. Pri raznim vrstama opterećenja najveća osetljivost bornih vlakana je pri istezanju, dok pri savijanju i uvijanju utiču samo površinke greške pri konstrukciji (koncentratori napona).

Srednja čvrstoća bornog vlakna pri istezanju iznosi _M=3700 MPa, dok kod polikristalnog bora ona iznosi _M=7000 MPa.

Ugljenična vlakna su veoma kruta. Prema čvrstoći na istezanje mogu se podeliti u tri grupe:

niske čvrstoće, _M < 500 Mpa

srednje čvrstoće, _M = 500-1500 Mpa

visoke čvrstoće, _M > 2500 MPa

Modul elastičnosti ugljeničnih vlakana može se menjati u širokim granicama

E=3*10⁴-70*10⁴ MPa. Čvrstoća i modul elastičnosti ugljeničnih vlakana se ne menja do 2000-2200^oC. Povećanje temperature termičke izrade (1000-3000^oC) dovodi do povećanja modula elastičnosti, a u mnogome i čvrstoće. Ugljenična vlakna imaju nisku specifičnu gustinu =1,3-1,9 g/cm³. Temperatura dugotrajne eksploatacije ne prelazi 300^o C za karbonizirano ugljenično vlakno i 400^o C za grafitirano vlakno.

Aramidna vlakna imaju

malu gustinu,

visoku zateznu čvrstoću,

dobru otpornost na udar i abraziju,

dobro prigušuju vibracuje.

Najpoznatija aramidna vlakna su proizvodi američke firme Du Pont, koja se pojavljuju pod komercijalnim nazivom kevlar.

Kevlar 29 ima

zateznu čvrstoću _M= 270 MPa,

modul elastičnosti E=60*10³ MPa,

gustinu =1,44 g/cm³,

izduženje pri kidanju

temperaturu upotrebe 150-180^o C.

Kevlar 49 korisi se za izradu

lopatica rotora helikoptera,

za oplatu,

uzdužnice i

rebra kod krila aviona,

delove trupa i sl.

Osobine Kevlara 49

Niska gustina kompozita u vlakninma kevlar 49 omogućava izradu delova koji su 25-50% lakši nego delovi izrađeni od aluminijumsih legura.

Kevlar 49 ima zateznu čvrstoću _M = 280 MPa,

modul elastičnost E=13*10⁴ MPa,

gustinu =1,45-1,5 g/cm³,

izduženje pri kidanju

Staklena vlakna se takođe koriste pri izradi kompozita. Postoji više tipva staklenih vlakana:

- staklo E, borosilikat sa velikim sadržajem alkalija

- staklo A, takođe sadrži alkalije

- staklo C, ima veliku hemijsku stabilnost

- staklo S ili R, ima povećanu mehaničku otpornost i nešto veći modul elastičnosti.

Najčešće se koriste vlakna tipa E, koja imaju

dobre mehaničke karakteristike

visoku tvrdoću i

veoma dobru toplotnu postojanost.

3.4. Metalna vlakna

Metalna vlakna se koriste za delove velikim mehaničkim i toplotnim naprezanjima. Od metalnih vlakana koriste se:

- volfram

- berilijum

- aluminijum-oksid

- silicijum-karbid

- nerđajući čelici.

Vlakna volframa se

izrađuju u obliku niti prečnika 2,2-0,5 mm i

namjenjena su u osnovi za legiranje vatrostalnih nikl-hrom legura,

koriste za izradu lopatica i diskova turbina turbomlaznih motora.

Vlakna aluminijum-oksida se sastoje od

velikog broja niti (oko 200) malog prečnika oko 20m.

Modul elastičnosti je E= 35*10⁴-39*10⁴ MPa,

_M=1400MPa,

dok je izduženje =0,4%, a

gustina iznosi =3,9 g/cm³. V

vlakno zadržava veliku čvrstoću pri zagrevanju sve do 2000^o C.

Vlakna silicijum-karbida se proizvode

po istoj tehnologiji kao i zaštitni omotači silicijumoksida na vlaknima bora i ugljenika.

Kao jezgro se koristi volframova ili ugljenikova nit.

Modul elastičnosti vlakana silicijum-karbida iznosi E=50*10³-54*10⁴ MPa.

3.5. Analiza materijala koji se koriste u vazduhoplovstvu

Teško je napraviti poređenje između različitih materijala, zato što na to utiče veliki broj različitih faktora. Na primer,

neki materijali bolje podnose opterećenja na pritisak,

dok neki materijali imaju bolju zateznu čvrstoću.

Takođe legure istog metala npr. aluminijuma, svaka drugačije podnosi istu vrstu opterećenja. Da bi stekli neki osećaj kako bi različiti materijali mogli da se porede uveden je pojam relativna čvrstoća ili skraćenica SWR (Strengh to Weight Ratio) u anglosaksonskoj literaturi.

Relativna čvrstoća SWR je u stvari odnos maksimalne zatezne čvrstoće _M i gustine materijala , tj. _M/

U Tabeli 3.5.1. date su relativne čvrstoće SWR nekih materijala koji imaju primenu u vazduhoplovstvu. Treba obratiti pažnju da su oznake materijala drugačije u zavisnosti od standarda koji se koristi u zemlji proizvođaču datog materijala.

Tabela 3.5.1. Poređenje relativne čvrstoće SWR različitih materijala koji imaju primenu u vazduhoplostvu

U Tabeli 3.5. date su neke relevantne karakteristike materijala koji se primenjuju za izradu vazduhoplovnih konstrukcija.

U Tabeli 3.5.3. je prikazan jedan od mogućih načina vrednovanja karakteristika materijala koji se koriste za izradu vazduhoplovnih konstrukcija. Oznake +, - i 0 koje su korišćene u tabeli ustvari znače:

- , pozitivna karakteristika u odnosu na deo vazduhoplova u kome je korišćen

- , negativna karakteristika u odnosu na deo vazduhoplova u kome je korišćen

- , srednja vrednost karakteristike u odnosu na deo vazduhoplova u kome je korišćen.

Tabela 3.5. Karakteristike materijala koji se primenjuju u vazduhoplovstvu

*) Jačina nasmicanje među slojevima (interlaminarno), =0^o karakteristike materijala kada sila ne deluje pod uglom u odnosu na slojeve.

Tabela 3.5.3. Vrednovanje karakteristika materijala u vazduhoplovstvu

4. Ispitivanje materijala

bez razaranja

4.1. Uvod

Metode ispitivanja materijala razaranjem zahtevaju posebnu pripremu uzorka. Za vreme ispitivanja materijal se teško ošteti, tako da se merenja ne mogu ponoviti. Ove metode ne daju pravu sliku o mehaničkoj otpornosti celokupne količine ispitivanog materijala već samo delova odakle je uzet uzorak. Materijal može da bude porozan, da ima šupljine, strane primese i dr. Sve te greške znatno utiču na mehaničke osobine materijala, a ne mogu da se otkriju metodama ispitivanja razaranjem.

Uvođenjem metoda ispitivanja bez razaranja moguće je imati uvid u kvalitet materijala, ili celih konstrukcija i mašina bez njihovog razaranja. Ove metode omogućavaju ispitivanje i kontrolu finalnih proizvoda, a da pri tome oni ne pretrpe bilo kakva oštećenja. Rezultati i jednih i drugih metoda se dopunjuju i daju pravu sliku o kvalitetu ispitivanog materijala. Takođe se smanjuju i troškovi ispitivanja jer se ispitivani delovi ne razaraju, pa u slučaju pozitivnog rezultata ispitivanja ti delovi mogu da se ugrade u konačnu konstrukciju i da se eksploatišu.

Metode ispitivanja materijala bez razaranja su :

- magnetna defektoskopija

- luminiscentna defektoskopija

- rendgeska defektoskopija

- defektoskopija -zracima

- ultrazvučna defektoskopija

- defektoskopija penetracijom boje

- defektoskopija električnim otporom

- defektoskopija isticanjem

4. Magnetna defektoskopija

Magnetna defektoskopija ili elektromagnetno ispitivanje, služi za otkrivanje sitnih, golim okom ne vidljivih grešaka u magnetnom materijalu, kakve su pore, šupljine, prskotine. Ove greške dovode do greške u prostiranju magnetnih linija u indukovanom magnetnom polju.

Ispitivanje se sastoji u tome što se predmet stavlja između polova elektro magneta. Magnetne linije polaze od jednog pola magneta ka drugom, tako da one prolaze i kroz ispitivani deo. Ako se u njemu nalazi greška, magnetne linije skreću i zbijaju se oko tog mesta. Kada se na površinu predmeta sipa tanak slij ulja i pospe sitan prah gvožđa, doći će do njegovog skupljanja oko mesta gde se nalazi greška u materijalu tj. obeležiće grešku na ispitivanom delu. Ova metoda se naročio primenjuje kod brodskih osovina, radilica motora, za delove stajnog trapa aviona, za elemente za vešanje avionskih motora, kod zupčanika i dr.

4.3. Luminiscentna defektoskopija

Luminiscentna defektoskopija služi za ispitivanje nemagnetnih materijala, u remontu i proizvodnji.

Površina koja se ispituje premazuje se flurescentnom masom, koja treba da je dovoljno tečna da bi lako prodirala u unutrašnjost pukotine i da bi u njoj zaostala posle brisanja površine. Kao flurescentna masa koriste se naročita mineralna ulja i soli. Ovako pripremljena površina osvetljava se UV zracima određene talasne dužine. Kada se površina osvetli, flurescentna masa koja je zaostala u prskotinama počinje da svetli, što omogućava određivanje veličine i pravac prostiranja pukotina.

4.4. Rendgenoskopija

Rendgenoskopija je zasnovana na sposobnosti rendgenskih zraka da prolaze kroz materijal i da ih on apsorbuje. Deo koji se ispituje ozrači se X-zracima, u zavisnosti od materijala, homogenosti i dimenzija on apsorbuje izvesnu količinu zraka. Neapsorbovani deo produžava dalje, udara u fotografsku ploču i na njoj stvara sliku. Kada u komadu materijala postoji neka šupljina na tom mestu rendgenski zraci biće manje apsorbovani i na fotografskoj ploči će ta mesta biti tamnija. Pomoću ovakvih fotografija moguće je tačno odrediti mesto i položaj šupljina u materijalu. Prodornost rendgenskih zraka može se regulisati njihovom talasnom dužinom. [to im je talasna dužina manja prodornost je veća i obrnuto.

Ova metoda se najviše primenjuje kod aluminijumovih i magnezijumovih legura.

4.5. Defektoskopija -zracima

Ova metoda je slična rendgenskoj defektoskopiji, samo što se mesto X-zraka koriste -zraci. Imaju dva veću sposobnost prodiranja od X-zraka. Kao izvor zračenja najčešće se koriste izotopi:

- Co⁶⁰, za čelične delove 50-150 mm debljine

- Cs¹³⁷, za čelične delove 40-60 mm debljine

- Ir¹⁹², za čelične delove do 25 mm debljine

- Ta¹⁷⁰, za čelične delove do 12 mm i aluminijumske legure 3-50 mm debljine

Ova metoda ima dosta prednosti u odnosu na rendgensku. Jeftinija je, može istovremeno da se ispita veći broj komada i može da se koristi u manjim preduzećima i radionicama, a naročito za ispitivanja na terenu. Koristi se za ispitivanje stajnih organa aviona, veze krilo trup, izlazne ivice krilaca i dr.

4.6. Ultrazvučna defektoskopija

Ultrazvučni talasi se lako prostiru kroz jednu sredinu, a prelazak iz jedne sredinu u drugu za njih predstavlja prepreku. Kad se ultrazvučne oscilacije propuste kroz masu ispitivanog materijala, proći će, a kada ultrazvuk stigne do suprotne površine odbiće se od nje, jer za njega granica čvrsto-gas predstavlja skoro ne premostivu prepreku. Ako se u komadu nalazi neka šupljina ili prskotina talas će se odbiti. Koriste se ultrazvučni talasi frekvencije od 100 kHz do 10 MHz. Ispitivanje ultrazvukom se sastoji u tome što se glava odašiljača ultrazvučnog talasa provlači duž površine komada. Talas prlazi kroz materijal i odbija se od ivice komada ako nema prepreke, a ako naiđe na prepreku odbija se i vaća se u glavu odašiljača koja to registruje u vidu prkida talasa. Takođe, odbijanje ultrazvučnog talasa od moguće prepreke tj. pukotine u materijalu se registruje na osciloskopu.

Ovakav postupak naročito se koristi pri ispitivanju oplate na krilima, rezervoarima i kod cevovoda. Važno je istaći da se ultrazvučnom defektoskopijom mogu ispitivati sve vrste materijala.

4.7. Defektoskopija penetracijom boje

Defektoskopija penetracijom boje se koristi za pronalaženje površinskih defekata nevidljivih golim okom. Postupak se satoji u tome što se površina očisti, a zatim premaže vrlo penetrirajućom bojom (najčšće crvenom bojom ). Kada materijal upije boju površina se ispere, osuši i nanese se rastvor razvijača. U pukotinama gde se zadržala penetrirajuća boja dolazi do reakcije između nje i razvijača. Pri tome se pojavljuje određena boja vidljiva golim okom pri normalnom svetlu.

Defektoskopija penetracijom boje se koristi za redovne i vanredne preglede oplate aviona i oplate stajnog trapa. Prednost ove defektoskopije je u tome što je jeftina, jednostavna i vrlo pouzdana.

4.8. Defektoskopija isticanjem

Defektoskopija isticanjem je vrlo važna u vasionskoj tehnici. Veštački sateliti i kosmičke stanice rade u uslovima vakuuma, gde bi isticanje gasa ili tečnosti bilo pogubno za uređaje. Defektoskopija isticanjem se bazira na hemijskim metodama, koje vrlo precizno, na nivou molekula otkrivaju moguće isticanje gasa ili tečnosti.

4.9. Defektoskopija električnim

otporom

Defektoskopija električnim otporom je metoda koja se zasniva na električnoj otpornosti materijala koji se koriste. Ovde se ne misli na materijal od koga je vazduhoplov izrađen već o premazima metalnih delova vazduhoplova. Na svakom metalnom delu aviona ima 5-6 premaza, jedan preko drugog, koji se moraju kontrolisati, a naročito na kritičnim mestima. Metoda se zasniva na tome da se meri pad napona pri prolazu električne struje kroz te premaze i na osnovu dobijenog pada napona se utvđuje da li je oštećen neki od premaza.

L i t e r a t u r a

1. AIAA, AEROSPACE DESIGN ENGINEERS GUIDE, American Institute of Aeronautics and Astronomics (AIAA), 1633 Broadway, New York 10019, January 1987

Doc. dr Slobodan Gvozdenović, Održane vežbe iz predmeta Vazduhoplovna prevozna sredstva i Mehanika leta, Saobraćajni Fakultet, 1992/93/94

3. Vera B. Lazić, L.F.A.B.I., Tehnička Mehanika II, Saobraćajni Fakultet, 199

4. Vera B. Lazić, L.F.A.B.I., Održana predavanja i vežbe iz predmeta Tehnička Mehanika II, Saobraćajni Fakultet, 1990/91.

5. mr. Spasoje Stanojlović dipl. ing., Konstrukcija i oprema vazduhoplova, Vojnoizdavački i novinski centar, Beograd, 199

6. D. Rašković, Otpornost materijala, Naučna knjiga, Beograd, 1973.

7. Prof. dr Dušan Zorić , Održana predavanja iz predmeta Vazduhoplovna prevozna sredstva, Saobraćajni Fakultet, Beograd, 1992/93/94.

8. Ray Wilkinson, Aircraft Structurs and Systems, Adison Wesley Longman Limited, 1996.

9. Jelica Brekić, Vazduhoplovni materijali, goriva i maziva, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva Beograd, Beograd, 1988.