TEMA 6: PROPIETATS I ASSAIGS
1. Els materials i els processos industrials
Criteris de selecció dels materials:
A. L'es propietats
B. Les qualitats estètiques
C. El procés de fabricació
D. El cost
E. La disponibilitat
F. L'impacte ambiental
2. Propietats mecàniques
Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials davant l'aplicació de forces externes. Aquestes forces s'oposen a les forces de cohesió, que mantenen units els àtoms dels materials.
Per poder conèixer i mesurar les seves propietats mecàniques els materials se sotmeten a assaigs.
2.1 Resistència mecànica i assaig de tracció
Resistència mecànica = capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.
Esforços:
De tracció
De compressió
De flexió
De torsió
De cissallament
A. Models de deformació i comportament mecànic
Deformació elàstica
Deformació plàstica
Comportament fràgil
Comportament dúctil
B. Assaig de tracció
L'assaig de tracció és una de les proves de laboratori més utilitzades i que més informació proporciona sobre les propietats mecànqieus dels materials
C. Esforç unitari
L'esforç unitari (σ) o simplement esforç, és la relació entre la força F aplicada a un material i la secció A sobre la qual s'aplica.
1 Pa = 1 N/m^2
1 MPa = 1 N/mm^2
D. Allargament unitari
L'allargament unitari (ε) és la relació entre l'allargament ΔL d'una peça i la llargària inicial L0 que tenia abans d'aplicar l'esforç de tracció.
G. Zona plàstica
E. Diagrama de tracció
El diagrama de tracció presenta els esforços unitaris a l’eix vertical i els allargaments unitaris a l’eix horitzontal, s’obté a partir dels assaigs de tracció i s’utilitza molt per expressar les característiques mecàniques dels materials.
F. Zona elàsica (O-A)
2.2 Característiques mecàniques d'alguns materials
Podem dir que els valors de E (mòdul elàstic) ens indiquen rigidesa, els de σe (límit elàstic) l'elasticitat, els de σr (esforç de trencament) la resitència mecànica i els de ε (allargament) la plasticitat dels materials.
La densitat (ρ) = característica intrínseca de cada material i que relaciona la massa (m) d'un cos d'un determinat material amb el seu volum (V).
Límit elàstic
En teoria, el límit elàstic és l'esforç unitari màxim que pot suportar un material sense experimentar cap deformació permanent.
Fluència i enduriment
Fluència: El material s'allarga sense gairebé incrementar l'esforç.
Enduriment: Fa que calgui augmentar l'esforç o tensió per continuar deformant el material.
Estricció i trencament
Esforç de trencament: esforç màxim que pot suportar el material abans de trencar-se.
Estricció: Disminució de la secció en un punt de la proveta.
Allargament
Classificació de Forces
- Estàtiques: Les càrregues o forces actuen constantment o creixent a poc a poc.
- Dinàmiques: Les càrregues actuen momentaniament, tenen caràcter de xoc.
- Cícliques o de signe variable: Les càrregues varien per valor, per sentit o per ambdós simultàniament.
2.3 La duresa
La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material
A. Assaig de duresa de Brinell
B. Relació entre la duresa i la resistència a la tracció
El grau d'oposició que presenta un material a obrir un solc o a ser foradat o a estirar-se, en un mateix material, són proporcionals a les forces de cohesió.
2.4 Tenacitat
La tenacitat es defineix com la capacitat de resistència al xoc.
A. Assaig de resiliència
Es coneix com a **resiliència l'energia necessària per trencar un material amb un sol cop.
Assaig de Charpy
K = Ec / A
K: valor de la resiliència del material (J/mm^2).
Ec: Energia cinètica consumida en el trencament de la proveta (J).
A: Secció de trencament de la proveta (mm^2)
2.5 Assaig de fatiga
Els esforços que alternen el seu sentit d'aplicació (tracció-compressió, torsió, flexió) de manera repetitiva o cíclica en el temps, s'anomenen esforços de fatiga.
L'assaig de fatiga intenta reproduir les condicions de treball reals dels materials.
Corba S-N / diagrama de Wöhler.
A l'eix vertical es representa l'amplitud de l'esforç aplicat S, i a l'eix horitzontal es representa (en escala logarítmica) el nombre de cicles N en que ha estat sotmesa la proveta fins al seu trencament.
La resistència a la fatiga és el valor de l'amplitud d el'esforç que provoca el trencament del material d'un nombre determinat de cicles.
La vida a la fatiga és el nombre de cicles de treball que pot suportar un material per a una determinada amplitud de l'esforç aplicat.
2.6 Assaigs no destructius o de defectes
Els assaigs do destructius no deixen marques i s'apliquen a peces elaborades per determinar la presència (o absència) de defectes.
A. Assaigs magnètics
C. Assaigs per ultrasons
B.Assaigs per raigs X i raigs gamma
Consisteix a fer que la radiació travessi la peça que es vol examinar i arribi a impressionar una placa fotogràfica situada darrere.
Sense defectes
Amb defectes
3. Propietats tèrmiques
3.1 Conductivitat tèrmica
La **conductivitat tèrmica és le facilitat que ofereix un material per permetre el flux d'energia tèrmica a través seu.
3.2 Dilatació tèrmica
La dilatació tèrmica és el fenòmen que provoca l'augment de les dimensions d'un material, especialment els metalls, quan augmenta la temperatura.
Depèn de:
- El material
- De l'increment de la temperatura
Segons les dimencions de l'objecte es defineixen diferents tipus de dilatacions:
- Dilatacio lineal: Quan es considera una sola dimensió del cos (longitud)
- Dilatació superficial: Quan es consideren 2 dimensions (superfície).
- Dilatació cúbica: Quan es consideren 3 dimensions (volum).