TEMA 6

PROPIETATS I ASSAIGS

EDUARD RIVERAXAVI MOLINA

ÍNDEX

Els dos elements imprescindibles de qualsevol procés industrial són els materials i l’energia.

Els passos que s’han de seguir a l’hora de dur a terme un procés industrial són els següents:

1.Elaborar un projecte (com ha de ser el producte)

2.Triar els materials que s’utilitzaran.

3.Estudiar el problema sota diferents criteris de selecció de materials.

Criteris a seguir durant la selecció de materials:

Les propietats del materialLes qualitats estètiquesEl procés de fabricacióEl costLa disponibilitatL’impacte ambiental

Les propietats mecàniques descriuen la reacció dels materials davant forces externes, a les quals s’oposen unes forces internes anomenades forces de cohesió.

Per poder conèixer les propietats mecàniques d’un material, han de ser sotmesos a una sèrie de proves anomenades assaigs. Els valors obtinguts d’aquests, són la base de la disciplina anomenada resistència de materials.

La resistència mecànica és la capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.

Es poden distingir aquests tipus d’esforços segons la manera d’aplicar-los al material:

Nota: Segons la forma del material un esforç de compressió pot produïr un corbament en lloc d'un aixafament, això s'anomena vinclament.

Quan la deformació del material es temporal -> deformació elàsticaQuan la deformació és permanent -> deformació plàsticaSi el material es trenca sense deformar-se -> comportament fràgilSi el material es deforma tant que costa de trencar -> comportament dúctil

Tipus d’esforç Formes de suportar-lo

Tracció Secció elevada

Cisallament Secció elevada

Torsió Secció elevada

Compressió Secció elevada i poca longitud

Flexió Secció elevada, cantell gran i poca longitud

2.1.1 Assaig de tracció

L'assaig de tracció és una de les proves de laboratori més utilitzades i que més informació proporciona sobre les propietats mecàniques dels materials. Per tal de que els resultats depenguin només del material s’utilitzen els conceptes següents:Esforç unitari o esforç: és la relació entre la força aplicada a un material i la secció A sobre la qual s'aplica, és a dir, la força aplicada per unitat de secció.Allargament unitari: és la relació entre l'allargament (increment d' L) d'una peça i la llargària inicial L0 que tenia abans d'aplicar l'esforç de tracció.

Fórmules

Esforç unitari

Allargament unitari

ε =

σ = ForçaSecció

∆LL0

Unitats : N/mm2

Unitats : No téPerò es pot expressar en %

2.1.2 Diagrama de traccióS’utilitza per expressar les característiques mecàniques dels materials i es realitza a partir dels assaigs de tracció.

MaterialDensitat (kg/m3)

Mòdul elàstic E GPa (N/mm 2) · (1000)

Límit elàstic MPa (N/mm2)

Esforç de trencament

(N/mm2)

Allargament (%)

Acer (alt en C)

7840 207 380 615 25

Acer (baix en C)

7860 207 295 395 37

Alumini 2710 69 85 100 25

Llautó 8530 110 75 303 68

Plata 10490 76 55 125 48

Rigidesa Elasticitat Resistència mecànica

Plasticitat(màxim allarg.)

Què ens indiquen?

La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre.

És deguda a les forces de cohesió existents entre els àtoms del material, com més fortes siguin aquestes forces, més dur serà el material.

Per comparar i mesurar la duresa d’un material s'utilitzen diferents tipus d'assaigs. Un dels més utilitzats és l'assaig de duresa Brinell.

En aquest tipus d'assaig es fa penetrar un objecte d'un material molt dur sobre el material que es vol assajar aplicant una força. Després es mesura el diàmetre de la penetració, mentre més gran sigui, més tou serà el material que hem sotmès a l’assaig.

Una vegada mesurat el diàmetre, es calcula la duresa Brinell mitjançant aquesta fórmula:

HBW = 0,102 ·FA

Grau de

duresa Brinell

Constant(1/9,8)

Superfície de la marcadeixada sobre el material

Força aplicada

Els valors de la duresa com els de resistència a la tracció indiquen el grau d’oposició que presenta un material a ser deformat plàsticament.

-Capacitat de resistència al xoc.-Propietat contrària a la fragilitat.-Els materials tenaços són capaços d’absorbir molta energia cinètica en un xoc i transformar-la en deformació plàstica o elàstica i evitar el trencament.-La fragilitat sol estar lligada amb la duresa.

Aplicacions de materials durs i tenaços entre altres:

-Les rodes del material mòbil ferroviari.

Es coneix amb el nom d’assaig de resiliència l’energia necessària per trencar un material d’un sol cop.

També és denominat assaig de resistència al xoc.

Com més alt sigui el valor de la resiliència, més tenaç serà el material assajat.

Dues modalitats d’aquests tipus d’assaig encara que són molt similars:

-L’assaig de Charpy.

-Izod.

Els esforços de fatiga són aquells esforços que alternen el seu sentit d’aplicació (tracció-compressió, torsió, flexió) de manera repetitiva o cíclica en el temps.

Intenta reproduir les condicions de treball reals dels materials.

Els resultats de l’assaig es representen en un gràfic conegut com corba S-N o diagrama de Wöhler.

El trencament per fatiga sempre s’inicia a la superfície dels materials.

No deixen marques i s’apliquen a peces elaborades per determinar la presència o l’absència de defectes interns no observables a simple vista.

Aquests assaigs s’anomenen també de defectes. Els defectes internes poden ser: fissures, esquerdes

porus.. Els assaigs no destructius més importants són:

-Els magnètics.-Els raigs X i raig gamma.- Assaigs per ultrasons.

Consisteixen en l’aplicació d’un camp magnètic a la peça que es vol assajar, si aquesta no té defectes la seva estructura serà homogènia i la permeabilitat magnètica serà constant en tota la seva extensió.

Aquests assaigs tenen una limitació: només poden ser utilitzats en materials ferromagnètics, és a dir, metalls fèrrics com acers i fosa.

Són utilitzats quan el material de la peça que volem examinar no és ferromagnètic o el defecte pot estar allunyat de la superfície.

Consisteix a fer que la radiació travessi la peça que es vol examinar i arribi a impressionar una placa fotogràfica situada al darrere.

Quan la radiació atravessa un material, aquesta va perdent intensitat perquè el material la va absorbint

Els ultrasons són ones de pressió o sonores de freqüència superior a la màxima audible per l’oïda humana (> 20.000 Hz)

Les ones ultrasonores es reflecteixen, refracten i dispersen davant de canvis pel medi on es propaguen.

Aquesta tèncnica és molt similar a la de les ecografies i és utilitzada també en els sonars que porten els vaixells.

Una de les modalitats consisteix a situar l’emissor i el receptor sobre la mateixa cara de la peça que s’assaja. Lemissor envia els ultrasons en forma d’impulsos de curta durada. Quan arriben a la cara oposada són reflectits i captats pel detectors, si no hi ha cap defecte a la pantalla apareixaràn dos polsos, el un que es correspon al de sortida i l’altre al d’arribada.

Indiquen el comportament dels materials davant d’una de les formes que pot adoptar l’energia: la calor.

Dues propietats que tenen aplicacions tecnològiques:

-La conductivitat tèrmica.

-La dilatació tèrmica.

És la facilitat que ofereix un material per permetre el flux d’energia tèrmica a través seu.

Material a 20 ºC Conductivitat tèrmica W/m ºC

Aire 0,02

Polietilè 0,48

Acer 52

Níquel 80

Coure 398

És el fenòmen que provoca l’augment de les dimensions d’un material, especialment metalls, quan augmenta la temperatura.

La dilatació tèrmica depèn: -Del material. -De l’increment de la

temperatura. Tipus de dilatacions:

-Dilatació lineal.-Dilatació superficial.-Cúbica.

La dilatació tèrmica dels materials es pot aprofitar per mesurar la temperatura, mesurant els increments de llargària d’un element.

Alguns elements com els termostats basen el seu fucionament en la dilatació tèrmica.

Material Coeficient de dilatació lineal ºC

Alumini 23,6 · 10-6

Coure 16,5 · 10-6

Níquel 13,3 · 10-6