Materials
De FFAWiki
La revisió el 13:51, 13 març 2022 per Mayola (discussió | contribucions) (→Assajos de resiliència, fatiga i tecnològics)
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)
Límit Elàstic
- Definicions:
- És l'esforç unitari màxim que pot suportar un material sense deformar-se permanentment.
- 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
- Talc
- Guix
- Calcita
- Fluorita
- Apetita
- Feldespat
- Quarts
- Topazi
- Corindó
- 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.
- 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:
- Bola d'acer per materials tous.
- Diamant en forma de con (anomenat penetrador Brale) per materials durs
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:
- Detecció òptica amb assaig magnetoscòpic.
- Detecció acústica amb assaig magnetoacústic.
- 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).
