1. UD 06. Propietats i assaigs

• Introducci

• Objectius Didctics / Abans de comenar

Els materials i els processos industrials 2. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci

3. La duresa 4. Tenacitat 5. Assaigs de fatiga 6. Assaigs no destructius o de defectes 7. UD 06. Propietats i assaigs

Propietats trmiques

Conductivitat trmica

8. Dilataci trmica 9. UD 06. Propietats i assaigs

Objectius Didctics

Saber interpretar un diagrama de tracci i relacionar-lo amb altres propietats

10. Saber assignar la tipologia correcta d'assaig per a diferents punts del procs industrial 11. Realitzar exercicis que incloguin el concepte de Normalitzaci 12. Saber passar de les dades d'una frmula a objectes tangibles 13. UD 06. Propietats i assaigs

Objectius Didctics

Entendre el concepte de fatiga i com influencia el coeficient de seguretat

14. Saber explicar com els mtodes no destructius detecten defectes 15. UD 06. Propietats i assaigs

Abans de comenar

Recordem qu s la secci d'un objecte?

Circular, quadrada

16. Com es calcula en cada cas? Conceptes d'Ep i Ec?

Com es transformen?

17. UD 06. Materials i processos indust.

Juntament amb l'energia: el ms important als processos industrials

18. Cal tenir

Coneixements tcnics i cientfics

19. Materials i eines adients Abans del procs: projecte

Com ser el producte final

20. Tria dels materials utilitzats

Apliquem criteris de selecci

21. UD 06. Materials i processos indust.

Propietats

Ens calen unes o unes altres en funci de l'us final

22. Exemple: Pot de cuina

Aguantar T altes sense deformacions

23. Bon conductor de la calor 24. Lleuger Exemple2: Botes d'aigua

Material impermeable

25. Flexible 26. Bon allament trmic 27. UD 06. Materials i processos indust.

Les qualitats esttiques

Color, textura, forma... tamb sn importants

Exemple: color en elements de seguretat

28. Forma atractiva: ms fcil de comercialitzar El procs de fabricaci

Alguns materials noms amb certs processos

29. D'altres sn ms verstils 30. Cal tenir la maquinria adient 31. Segons materials: escollim processos amb diferent cost

Influencia el seu preu final i la rendibilitat

32. UD 06. Materials i processos indust.

El cost

Quan dissenyem un producte, tenim present

Qualitat final

33. Nnxol de mercat 34. Vida til prevista 35. Preu de les matries primeres 36. Cost dels processos Tot aix, entre d'altres conceptes, influencia el preu de cost 37. UD 06. Materials i processos indust.

La disponibilitat

Segons el nostre volum de producci

Sries curtes o llargues

38. Cicle de vida del producte Hem d'assegurar la disponibilitat de matries primeres L'impacte ambiental

Extracci i transformaci de MMPP: poden ser agressives

39. Tamb: cicle de vida til: reciclatge/reutilitzaci/eliminaci 40. Tamb s un dels inputs del disseny 41. UD 06. Propietats mecniques

Descriuen comportament dels materials davant l'aplicaci de forces externes

S'oposen a les internes: forces de cohesi

42. Equilibri de forces: el material queda igual o b es deforma o arriba a trencar-se Cada material t un comportament diferent 43. Necessitem proves de la laboratori: assaigs

Valors obtinguts: disciplina anomenada Resistncia de materials

44. Important: disseny d'estructures i elements de mquines 45. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci

Capacitat que t un material per suportar esforos sense deformar-se o trencar-se

46. Segons com apliquem l'esfor

De tracci: quan l'intentem estirar

47. De compressi: quan l'intentem aixafar 48. De flexi: quan el volem doblegar 49. De torsi: quan l'intentem retorar 50. De cisallament: quan l'intentem tallar 51. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (II)

Diferents materials: diferents comportaments

Bigues: dissenyades per a esforos de tracci

52. Formig: bon per la compressi, no per la tracci 53. Transmissi de mquines: torsi Flexi: combinaci de tracci i compressi

Part superior: compressi

54. Part inferior: tracci 55. Punt mig: lnia neutra

Esforos: no sn homogenis: augmenta a les zones allunyades de la lnia neutra i disminueix a les ms properes

Materials esvelts: un esfor de compressi: vinclament 56. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (III)

Formes per a suportar esforos

Tracci: secci elevada

57. Compressi: secci elevada i poca longitud 58. Flexi: secci elevada, cantell gran i poca longitud 59. Torsi: secci elevada 60. Cisallament: secci elevada 61. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (IV)

Models de deformaci i comportament mecnic

Podem tenir deformacions temporals o permanents

Temporal: comportament elstic

62. Permanent: deformaci plstica Abans de trencar-se poden deformar-se molt o molt poc

Es deformen molt poc: comportament frgil (vidre o cermica)

63. Es deformen molt: comportament dctil (Cu o Al) Important: selecci de materials

Frgil en construcci: no 'avisen' abans de trencar-se (esquerdes)

64. Dimensionar b: no volem comportament plstic (irreversible)

Elstic: estructures per a terratrmols

65. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (V)

Assaig de tracci

Consisteix en allargar la proveta amb un dinammetre

Generalment fins al trencament

66. Mesurem deformaci vs fora aplicada Per eliminar influncia de dimensions de la pea

Esfor unitari

67. Allargament unitari 68. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (VI)

Esfor unitari

Relaci entre fora F i la secci sobre la que s'aplica

= F/A N/mm 2(Mpa)

Tamb es coneix per tensi Allargament unitari

Relaci entre allargament L d'una pea i la llargria inicial

=L/Lo (adimensional)

69. De vegades el calculem en percentatge 70. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (VII)

Diagrama de tracci

Molt emprat per a veure comportament mecnic

71. Amb provetes normalitzades 72. Mquines tamb normalitzades (i calibrades) 73. Representem

Ordenades: Esfor unitari

74. Abscisses: Allargament unitari Hi ha diferents zones i punts del diagrama que cal destacar

Els veiem tot seguit

75. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (VIII)

Diagrama de tracci (II)

Zona elstica

Deformacions de tipus elstic (desapareixen si deixem d'aplicar fora)

76. Tamb anomenada zona proporcional 77. s una recta al diagrama 78. Al punt extrem situem el lmit de proporcionalitat p 79. Es compleix la llei de Hooke 80. El pendent de la recta s el mdul elstic del material (E) 81. Es compleix E = p / 82. Mdul elstic: mesura la rigidesa. Com ms gran: ms rgid (pendent ms elevada) 83. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (IX)

Diagrama de tracci (III)

Zona plstica (A a E)

Zona A-B: lmit elstic

84. A partir del punt A: deformacions permanents 85. Tericament: lmit elstic (punt B) no implicaria deformaci 86. A la prctica: s'admet un 0,2% de la llargria calibrada 87. Elements de mquines i estructures: dissenyats per sota del lmit elstic 88. En Disseny emprem: tensi mxima de treball ( t ) 89. Aquesta tensi es calcula: t= e/ n 90. n: coeficient de seguretat. Com ms gran: ms segur (per ms car) 91. n sol estar entre 1,2 i 4 (se sol emprar 2) 92. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (X)

Diagrama de tracci (IV)

Zona plstica (A a E)

Zona B-C (Fluncia) i C-D (enduriment)

93. Fluncia: el material s'allarga gaireb sense incrementar l'esfor 94. Al punt d'enduriment (C) ja cal tornar a aplicar-hi fora 95. Aquestes deformacions sn permanents 96. La zona s ms mplia com ms dctil sigui el material 97. Zona D-E (Estricci i allargament) 98. D: esfor de trencament. Esfor mxim que suporta el material abans de trencar-se ( r ) 99. La secci de la proveta disminueix: estricci 100. A mesura que s'aprima: disminueix l'esfor per a deformar-la 101. Al punt E: es trenca en dos trossos 102. UD 06. Propietats mecniques

Resistncia mecnica i assaig de tracci (XI)

Diagrama de tracci (V)

Una de les aplicacions del diagrama

Si obtenim un rinferior al normal: impureses, porus o altres defectes

L'allargament

S'utilitza l'allargament al trencament per a calcular la ductilitat dels metalls

103. Fem servir la frmula % = (L f L o ) / (L o ) 100 104. Com ms dctil s el metall: ms gran s aquest valor 105. UD 06. Propietats mecniques

Caracterstiques mecniques de materials

Valors de mdul elstic (E): informen sobre la rigidesa

106. Valors de lmit elstic ( e ) : sobre l'elasticitat 107. Valors d'esfor de trencament ( t ): resistncia mecnica 108. Valors d'allargament ( ): sobre plasticitat Recordar

Densitat: = m/V (Kg/m 3 )

109. Pes: G = mg (N) 110. UD 06. Propietats mecniques

La duresa

Resistncia d'un material a ser ratllat o penetrat per un altre

Broques: foraden perqu sn ms dures que el material a foradar

111. Assaig de duresa: Brinell UNE-EN-ISO 6506-1

Utilitza un penetrador molt dur (Carbur de Tungst)

112. Recolzat sobre material a assajar 113. Hi posem Pressi durant un temps 114. Mesurem el dimetre de la marca sobre la proveta 115. HBW = 0,102 F/A

HBW: Grau de duresa Brinell (adimensional)

116. F: crrega aplicada (N) 117. A: superfcie de la marca a la proveta (mm 2 ) 118. UD 06. Propietats mecniques

La duresa (II)

Assaig de duresa: amb durmetre

Clcul

119. Per acers i materials metllics fem servir

esfera = 10mm -Durada: 15s

120. Crrega aplicada: 29,42 KN (equivalent a 3.000 Kg) Per materials tous: crregues ms petites 121. Per provetes primes: penetradors de dimetre menor 122. Resultats expressats: XX HBW (D/C/t)

XX: grau de duresa Brinell

123. D: dimetre del penetrador (mm) 124. C: 0,102F (F s la crrega aplicada) 125. t: temps que ha durat l'acci de la crrega (s) 126. UD 06. Propietats mecniques

La duresa (III)

Relaci duresa resistncia a la tracci

Tots dos valors indiquen grau d'oposici d'un material a ser deformat plsticament

Sn proporcionals a les forces de cohesi

127. Cada material t un valor de proporcionalitat 128. En el cas dels acers tenim: r(MPa) = 3,45 HBW

Avantatge: no cal fer assaig de tracci (ms car). Valors aprox.

129. UD 06. Propietats mecniques

La tenacitat

s la capacitat de resistncia al xoc

Propietat contrria a la fragilitat

Frgils: es trenquen sense deformaci davant un xoc

130. Tenaos: absorbeixen l'energia cintica: transformada en deformaci plstica o elstica En general: fragilitat associada a materials durs 131. De vegades necessitem duresa i tenacitat alhora

Rodes del material mbil ferroviari

Duresa: resistir desgast fregament amb carril

132. Tenacitat: resistir cops de canvi de via 133. UD 06. Propietats mecniques

La tenacitat (II)

Resilincia: energia necessria per a trencar un material amb un sol cop

Aquest assaig tamb s'anomena: resistncia al xoc

134. s mesura indirecta de la tenacitat 135. Insuficient per s mateixa: bona resilincia, bona resistncia a la tracci i valor elevat d'allargament 136. Assaig: n'hi ha l'assaig Charpy i el d'Izod

Sn semblants: fan servir un pndol que xoca amb el material

137. UD 06. Propietats mecniques

La tenacitat (III)

Assaig Charpy

Es fa caure un pndol de 22Kg sobre la poveta

138. Aquesta t una entalla amb forma de V 139. Proveta subjecta per enclusa 140. Es deixa caure el pndol des d'una alada h 141. Trenca la proveta i arriba a h' 142. K = Ec/A

K: Valor de la resilincia del material (J/mm 2 )

143. Ec: energia cintica consumida en el trencament (J) 144. A: secci de trencament de la proveta (mm 2 )

Hi hem de restar l'entalla que hem fet (noms rea efectiva)

145. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs de fatiga

Els materials, en realitat, estan sotmesos a esforos esttics i dinmics combinats

Fins ara els assaigs eren d'una sola tipologia

De vegades una pea es trenca molt abans d'arribar al seu lmit elstic

146. Ha estat sotmesa repetidament a esforos fluctuants o alternatius Els esforos que alternen el seu cicle d'aplicaci: de fatiga

Tracci-compressi-torsi-flexi

147. De manera repetitiva en el temps Fem assaigs per avaluar-ho

Volem reproduir les condicions reals de treball

148. Resultats: en grfic de Whler (o corba S-N) 149. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs de fatiga (II)

El ms habitual: esforos de flexi rotativa

Combinaci de torsi i flexi. Segueix un cicle que es repeteix en el temps

Representaci grfica

Ordenades: amplitud de l'esfor aplicat (S)

Valor mitj entre el mxim i el mnim

Abscisses: nombre de cicles (logartmic) 150. Dos valors importants

Resistncia a la fatiga: valor de l'amplitud de l'esfor que provoca trencament desprs de N cicles

151. Vida a la fatiga: cicles de treball que suporta el material per a una determinada amplitud de l'esfor 152. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs de fatiga (III)

Tenim dos comportaments diferents:

Aquells que acaben trencant-se

153. Aquells que, si no superem un determinat valor d'amplitud de l'esfor, no es trenquen per ms cicles de treball que facin.

En aquest cas: tenim en valor anomenat lmit de fatiga

Valor mxim d'amplitud d'esfor a aplicar perqu no es trenqui en un nombre infinit de cicles

El trencament per fatiga: comena a la superfcie dels materials 154. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs no destructius o de defectes

Aplicats com a control de Qualitat a les indstries

Per trobar defectes ocults

155. De vegades generats al procs industrial Sn productes que s'han d'enviar a client

Els assaigs fet fins ara: destructius

Tipologies

Assaigs magntics

156. Assaigs per raigs X i gamma 157. Assaigs per ultrasons 158. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs no destructius o de defectes

Assaigs magntics

Apliquen camp magntic a les peces

159. Absncia de defectes: estructura interna homognia 160. Permeabilitat magntica constant

Caracterstica prpia de cada material

161. Capacitat de concentrar o dispersar les lnies de fora del camp Noms aplicable a materials ferromagntics

Bsicament materials frrics: acers, fosa

162. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs no destructius o de defectes (II)

Assaigs per raigs X o gamma

Emprat quan tenim material no ferromagntic

Tamb en peces molt gruixudes

Travessen la mostra i impacten placa fotogrfica 163. Cada material absorbeix la radiaci de diferent manera

Aix detectem defectes

164. Absncia de defectes: placa uniformement impressionada 165. Defectes: algunes zones amb ms intensitat que unes altres 166. UD 06. Propietats mecniques

Assaigs no destructius o de defectes (III)

Assaigs per ultrasons

Molt semblant als emprats a les ecografies

167. Ones sonores de freqncia superior a l'audible pels humans

> 20.000 Hz

Es reflecteixen, refracten i dispersen davant canvis en el medi de propagaci (se sol aprofitar la reflexi) 168. Forma habitual

Emissor i receptor a la mateixa cara de la pea

169. En canviar de medi: eco (quan arriba al final de la pea) 170. Impulsos de curta durada 171. Obtenim dos pics (sense defectes): senyal emissor i final de pea

Si tenim defectes: ms pics (part del senyal s'hi reflecteix)

172. UD 06. Propietats trmiques

Comportament dels materials davant la calor

173. Dues propietats trmiques importants

Conductivitat trmica

174. Dilataci trmica Conductivitat trmica

Facilitat que ofereix un material per transmetre el flux d'energia trmica a travs seu

175. Important: climatitzaci (habitatges, indstries...) 176. Prpia de cada material ( ); en W/mK 177. UD 06. Propietats trmiques

Conductivitat trmica (II)

Flux de calor entre dos ambients diferents

178. Intutivament podem dir que depn:

Tipus de material (conductivitat)

179. Diferncia de temperatura entre ambients 180. Temps d'exposici 181. Superfcie de contacte entre ambients 182. Gruix del material

Inversament proporcional

183. UD 06. Propietats trmiques

Conductivitat trmica (III)

Frmula que relaciona aquestes magnituds:

Q: Quantitat de calor transmesa (J)

184. : Conductivitat trmica del material (W/mK) 185. A: superfcie de contacte entre ambients (m 2 ) 186. t: temps transcorregut (s) 187. T: diferncia de temperatures (K) 188. L: gruix del material (m)

Tamb: distncia si s el mateix cos

189. UD 06. Propietats trmiques

Conductivitat trmica (IV)

Tamb podem parlar de potncia trmica (Q/t):

190. Ara la frmula dna com a resultat Watts (W)

El resultat s la potncia transmesa

La conductivitat trmica depn de T

Els valors estan tabulats una T de referncia (0 o 20C)

191. UD 06. Propietats trmiques

Dilataci trmica

Fenomen que provoca canvis en dimensions dels materials quan augmenta la Temperatura

Especialment dels metalls

Intutivament

Dependr de la natura de cada material

192. Dependr de l'increment de temperatura Segons dimensions de l'objecte

Dilataci lineal, superficial o cbica

193. Segons considerem 1D, 2D o 3D 194. UD 06. Propietats trmiques

Dilataci trmica (II)

En el cas de la lineal tenim la frmula

L/Lo = T

L: diferncia entre llargria final i inicial

195. Lo: llargria inicial 196. : coeficient de dilataci lineal del material ( C -1 ) 197. T: diferncia entre T inicial i final ( C) Cada material t el seu valor propi

Tabulat (en general vlid per0 C < T < 100 C)

Aquesta propietat t aplicacions

Sensors de temperatura (per ex. de termstats)

Sabem el que es dilata el material a cada T (sabrem la seva llargria)