Materials

Propietats

Propietats Mecàniques

Resistència Mecànica

• Exemple de tracció: cordes i cables.
• Exemple de compressió: formigó.
• Exemple de flexió: les bigues.
• Exemple de torsió: eixos de motors, eixos de les turbines, ...
• Exemple de cisallament: a vegades els caragols, reblons, passadors, ...

• La flexió: està composta d'una força que el prem, una zona de compressió seguida d'una línia neutra que fa de frontera amb la una zona de tracció.

• Totes les peces d'un sistema mecànic estan sotmeses a alhora a diferents tipus d'esforços (sempre en predomina un).

• Segons el tipus de deformació que es pugui produir es pot identificar l'esforç:

• Deformació → Esforç
• Allargament → Tracció
• Aixafament → Compressió
• Corbament → Flexió
• Retorçament → Torsió
• Tall (tall net, no pas trencament) → Cisallament

• Vinclament: esforç de compressió que acaba produint un corbament envers d'un aixafament.

• Que pot passar quan s'aplica un esforç a un material:

• Segons el material, la seva forma i intensitat de l'esforç (material):

• Que es deformi molt poc, en aquest cas el material és resistent a l'esforç aplicat.
• Que es deformi sensiblement, llavors el material no és resistent a l'esforç aplicat.
• Que es trenqui directament gairebé sense deformació, en aquest cas el material és fràgil.

• Si el material no és resistent a l'esforç aplicat, la deformació produïda pot ser de dos tipus (deformació):

• Deformació elàstica, si el material recupera la forma original quan deixem d'aplicar-li l'esforç.
• Deformació plàstica', si el material queda deformat permanentment, fins i tot quan hem deixat d'aplicar-li l'esforç.

• Si no hi ha deformació el material és resistent.
• Si la deformació és elàstica el material no és resistent.
• Si la deformació és plàstica el material no és resistent.
• Si no hi ha deformació, s'ha trencat el material és fràgil.

Duresa

• La duresa és l'oposició que ofereix un material a ser ratllat o penetrat per un altre.
• Un material dur no significa que no sigui fràgil, exemple: el vidre.

Tenacitat

• La tenacitat es defineix com la capacitat de resistència al xoc.
• Quan tractem amb tenacitat parlem de xoc i no d'esforç.
• absorbir el xoc i transformar l'energia en deformació plàstica o elàstica.

Plasticitat

• Es defineix com a plasticitat com la capacitat que té un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se.
• S'anomenen materials mal·leables aquells que tenen una capacitat especial a ser deformats en forma de làmina sense trencar-se.
• S'anomenen materials dúctils aquells materials als quals podem donar fàcilment la forma de fil prim sense que es trenquin.

Propietats Tèrmiques

Conductivitat tèrmica

• Es defineix la conductivitat tèrmica com la velocitat de propagació de la calor entre dos punts d'un material normalment sòlid.

• La calor transmesa per un objecte depèn de:

• El tipus de material.
• La distància entre la font de calor i el punt on prenem la temperatura.
• La secció de l'objecte.
• La diferència de temperatures inicial i final.
• El temps de propagació de la calor.
• Expressió matemàtica dels continguts anteriors: (Coses a tenir en compte)

Dilatació Tèrmica

• La dilatació tèrmica és el fenomen que provoca l'augment de les dimensions d'un material, especialment els metalls, en aplicar-hi un augment de la temperatura.

• Aquesta dilatació depèn de:

• El grau de dilatació de cada material.
• L'increment de temperatura (quant més temperatura més dilatació).

• Segons la diferència entre les dimensions originals i les de la dilatació podem classificar aquesta dilatació:

• Dilatació lineal (quan es considera una sola dimensió del cos longitud).
• Dilatació superficial (dues dimensions superfície).
• Dilatació cúbica (tres dimensions volum).

• La Dimensió lineal esmentada anteriorment es calcula a partir de:

• S'ha de tenir en compte que el coeficient de dilatació lineal indica l'increment de dimensió segons cada grau de temperatura i que les taules són valides per temperatures entre 20℃ i els 100℃.

Propietats Electromagnètiques

Conductivitat elèctrica

• Un material és conductor de l'electricitat quan deixa passar el corrent elèctric a través seu (els metalls).
• Un material és aïllant quan no deixa passar el corrent elèctric a través seu (plàstic, fusta, vidre).

• Un objecte té resistència elèctrica quan s'oposa al desplaçament de càrregues elèctriques.

• La resistència elèctrica dels objectes es mesura amb ohms (Ω)

• La resistivitat del material fa referència al valor de la resistència obtingut de l'objecte, per cada unitat de secció.

• La resistivitat és l'oposició que ofereix un material al desplaçament de càrregues elèctriques. ((Ω · m) que es representa amb rho ρ)

• La resistència elèctrica és directament proporcional a la llargària i inversament a la secció:

• La conductivitat és la facilitat que ofereix un material al desplaçament de càrregues elèctriques.

• El comportament elèctric dels materials depèn de la temperatura, per tant, es pot calcular la resistivitat segons la temperatura:

Magnetisme

• La permeabilitat magnètica (µ), comprova el comportament d'un material davant la influència d'un camp magnètic:

Aliatges

• Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d'un metall.

Assaig de Materials

• Els assajos són uns procediments normalitzats que permeten conèixer i mesurar les propietats dels materials, els defectes dels productes elaborats i la resposta que presenten sota determinades condicions de treball.

• Directrius: Tipus d'ajustos que trenquen, deformen o marquen el material.
• Provetes: Com s'anomenen les "mostres" de les Directrius.
• no Destructius: Tipus d'assajos que no trenquen, deformen o marquen el material.

Assajos de tracció

• Més utilitzat, i el que més informació proporciona.
• 

  Exemple

• La proveta és de forma i dimensió normalitzada.
• L'esforç que s'aplica, produeix esforços de tracció. Es van fent esforços i obtenint valors d'allargaments fins que es trenca.
• Els resultats són representats per un diagrama de tracció, el qual recull els valors d'allargament segons l'esforç aplicat.

Esforç unitari

• Esforç unitari: És la resistència interna d'un cos elàstic enfront de l'acció de forces exteriors. Representa la relació entre la força aplicada a un material i la secció la qual s'aplica. (La força aplicada per unitat de secció).

Allargament unitari

• Allargament unitari: És la relació entre la llargada inicial i la final després d'aplicar l'esforç. (L'allargament per unitat de longitud).

Diagrama de tracció

• Determina les característiques mecàniques dels materials segons els assajos de tracció, on l'eix de les x representa els allargaments unitaris i l'eix de les y representa els esforços unitaris.
• A l'assaig de tracció, la deformació del material és sempre un allargament.

Zona elàstica

• Deformacions de tipus elàstic, que desapareixen quan deixem d'aplicar l'esforç.
• Proporció constant entre l'esforç i l'allargament, anomenat mòdul elàstic o mòdul de Young. (Com més rigidesa/mòdul més rígid és el material i menor la deformació)

Llei de Hooke

Límit Elàstic

• Definicions:

1. És l'esforç unitari màxim que pot suportar un material sense deformar-se permanentment.
2. Tensió màxima de treball, esforç unitari màxim que s'utilitza en el disseny d'una peça.

• Coeficient de seguretat, com més alt, més segura serà la peça. (sol anar de 1.2 a 4, sent el 2 com el més usat)

Zona Plàstica

• La zona plàstica és aquella zona que va des de després del límit elàstic dins el trencament.
• La deformació del material dins aquesta zona és permanent.
• Quan més amplia sigui aquesta zona, significa lo plàstic que és el material.
• Els materials fràgils quasi no tenen zona plàstica, és trenquen directament.

Resistència o Càrrega de Trencament

• És el valor de l'esforç a partir del qual començarà el trencament de la peça, tot i que disminuïm l'esforç.
• Correspon al valor màxim de l'esforç unitari i s'identifica amb (R)

Allargament

• És la mateixa fórmula que l'allargament unitari però representat de maneres diferents.
• Es tracta l'allargament que ha experimentat la mostra en trencar-se.
• El percentatge de l'allargament és un valor que s'utilitza per mesurar la ductilitat dels materials.

Assajos de duresa

• La duresa es defineix com la resistència que ofereix un material a ser ratllat o penetrat per un altre.

Assajos de duresa al ratllat

Escala de Mohs

1. Talc
2. Guix
3. Calcita
4. Fluorita
5. Apetita
6. Feldespat
7. Quarts
8. Topazi
9. Corindó
10. Diamant

L'assaig de Martens

• Consisteix en ratllat una proveta amb un diamant que té forma piramidal i un vèrtex amb un angle de 90°.
• Un cop s'ha ratllat la proveta, es mesura l'amplada de la ratlla, i com més ample més tou és el material.

El diamant es desplaça sobre la proveta i deixa una marca en forma de ratlla

• La duresa de Martens es calcula d'aquesta manera:

Assajos de duresa a la penetració

• El valor de la duresa del material s'obté en funció de la superfície o de la fondària (depèn del mètode utilitzat) de la marca deixada pel penetrador.

L'assaig Brinell

• Penetrador: Acer dur en forma de bola.
• Es mesura la superfície de la proveta marcada amb l'expressió:

• Un cop tenim la superfície podem calcular la duresa de Brinell:

L'assaig Vickers

• Penetrador: Diamant en forma de piràmide de base quadrada.
• Es mesura la superfície de la marca sobre la proveta amb l'expressió:

• Un cop tenim la superfície podem calcular la duresa de Vickers:

L'assaig de Knoop

• Penetrador: Diamant en forma de piràmide de base romboïdal.
• Es mesura la superfície de la marca sobre la proveta amb l'expressió:

• Un cop tenim la superfície podem calcular la duresa de Knoop:

L'assaig de Rockwell

• Dos tipus de possibles penetradors:

1. Bola d'acer per materials tous.
   1. 
2. Diamant en forma de con (anomenat penetrador Brale) per materials durs
   1. 

Assajos de duresa al rebot

L'assaig de Shore

• L'assaig de Shore consisteix en mesurar la duresa d'un material a partir de l'alçada del rebot d'un objecte dur que cau sobre el material que es vol assajar.

Assajos de resiliència, fatiga i tecnològics

Assajos de resiliència

• Es coneix com a resiliència l'energia necessària per trencar un material amb un sol cop.
• L'assaig de resiliència que es denomina també assaig de resistència al xoc.
• Com més alt sigui el valor de la resiliència, més tenaç (Tenaç: Que costa molt de treure, trencar o separar) serà el material assajat.

L'assaig de Charpy

• Falta descripció i diagrama.

• Els valors de la resiliència es donen en funció de la secció del material en el punt de trencament:

Assajos de fatiga

• Esforços de fatiga: Esforços que alteren el seu sentit d'aplicació (tracció-compressió, torsió, flexió) de manera repetitiva o cíclica en el temps.
• L'assaig de la fatiga intenta reproduir les condicions de treball reals dels materials. Sotmetre una proveta a esforços de flexió rotativa (combinació de torsió i flexió) seguint un cicle que es va repetint en el temps.
• Els resultats de l'assaig es representen en un gràfic, Corba S-N o Diagrama de Wöhler.
• La resistència a la fatiga, és el valor de l'amplitud de l'esforç que provoca el trencament del material després 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.
• Límit de fatiga, és el valor màxim de l'amplitud de l'esforç a aplicar perquè no es trenqui en un nombre infinit de cicles.

Assajos tecnològics

• Objectes molt diversos utilitzant gran varietat de procediments anomenats processos de conformació per donar forma als materials.
• Per tal de determinar l'aptitud dels metalls sotmesos a aquests processos de conformació es practiquen els corresponents assajos:

Assaig de plegatge

• L'assaig de plegatge consisteix a sotmetre una proveta allargada (en forma de làmina, tub o fil) a un esforç de flexió constant, lent i en un sol sentit.
• Índex de qualitat del metall valor de l'angle de plegatge on han començat a aparèixer les esquerdes.

Assaig d'embotició

• L'embotició consisteix a forçar la deformació d'una làmina de metall obligant-la a entrar dins una matriu mitjançant l'acció d'un punxó o una contramatriu.

Assaig de punxonat

• El punxonat consisteix a foradar o retallar peces de formes diverses d'una xapa metàl·lica.

Assajos no destructius / de defectes

• Quan es realitza el disseny d'una peça de l'estructura d'un avió, es calculen teòricament els esforços a què estarà sotmesa i es dimensiona (es determinen les seves dimensions) utilitzant un coeficient de seguretat prou ampli. Per fer els càlculs s'utilitzen uns valors de resistència mecànica obtinguts a partir d'assajos destructius sobre mostres (provetes) del material utilitzat.
• Els assajos no destructius no deixen marques i s'apliquen a peces elaborades per determinar la presència (o absència) de defectes interns no observables a primera vista.

Assajos magnètics

• Consisteixen en l'aplicació d'un camp magnètic a la peça que es vol assajar.
• Si la peça no té defectes, l'estructura serà homogènia i, per tant, la permeabilitat magnètica serà constant en tota la seva extensió.
• La divisió de línies de força que informen de la presència d'un defecte pot ser detectada de tres maneres:

1. Detecció òptica amb assaig magnetoscòpic.
2. Detecció acústica amb assaig magnetoacústic.
3. Detecció elèctrica amb assaig electromagnètic.

Assajos per raig X i raig gamma

• Aquests assajos consisteixen en fer que la radiació travessi la peça que es vol examinar i arribi a impressionar una placa fotogràfica situada al darrere.

Assajos per ultrasons

• Consisteix en la utilització dels ultrasons, ones de pressió o sonores (diferents de les electromagnètiques) de freqüència superior a la màxima audible per l'oïda humana (> 20000 Hz).