Guia Completa de Materials: Resistència, Metal·lúrgia i Tractaments Tèrmics
Resistència Mecànica (T.6)
Definició
La resistència mecànica és la capacitat d'un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.
Tipus d'Esforços
- Tracció: estirar
- Compressió: aixafar
- Flexió: doblegar
- Torsió: retorçar
- Cisallament: tallar
Propietats Mecàniques
- Duresa: Resistència d'un material a ser ratllat o penetrat.
- Tenacitat: Capacitat de resistència al xoc.
- Resiliència: Energia necessària per trencar un objecte amb un sol xoc.
Assajos de Materials
Assaig de Fatiga
Consisteix a reproduir les condicions reals de treball d'un material, seguint un cicle que es va repetint en el temps.
Assajos No Destructius
- Assajos magnètics
- Assajos per raigs X i gamma
- Assajos per ultrasons
Procés Metal·lúrgic (T.7)
Etapes del Procés
- Extracció
- Enriquiment
- Obtenció
- Afinament
- Mecanització
(Mina → Metal·lúrgia → Indústries Metal·lúrgiques)
Aliatges
Un aliatge és un producte obtingut amb la unió de dos o més elements químics.
- Ferro pur: Conté un 0,03% de carboni i és molt magnètic.
Solidificació del Ferro
Temperatures de solidificació i fases:
- 1539°C: Fase Delta (δ)
- 1390°C: Fase Gamma (γ)
- 900°C: Fase Beta (β)
- 750°C: Fase Alfa (α)
- 500°C
Fases del Ferro
- Fase Alfa (α): Magnètica i amb molt baixa solubilitat del carboni.
- Fase Beta (β): Poc magnètica i amb molt baixa solubilitat del carboni.
- Fase Gamma (γ): No magnètica i amb alta solubilitat del carboni.
- Fase Delta (δ): Poc magnètica i amb baixa solubilitat del carboni.
Aliatges Ferro-Carboni
- Ferrita: (Fase Alfa, α) Fins a 0,02% de carboni.
- Cementita: 6,67% de carboni.
- Perlita: 1,76% - 6,67% de carboni.
- Austenita: (Fase Gamma, γ) Fins a 1,76% de carboni.
- Martensita: (Fase Alfa, α) 0,89% de carboni.
Diagrama d'Equilibri Ferro-Carboni
Percentatges de carboni i tipus d'aliatge:
- 0% - 0,89%: Acer
- 0,89% - 1,76%: Acer
- 1,76% - 4,3%: Fosa blanca
- 4,3% - 6,67%: Fosa grisa
Acers i Foses
Definició
Els acers són aliatges de ferro amb carboni, amb un contingut de carboni entre el 0,1% i l'1,76%. Les foses són aliatges de ferro amb carboni amb un contingut de carboni entre l'1,76% i el 6,67%.
Tipus d'Acers
- Acer de baix carboni: Menys del 0,3% de carboni (usos: bigues, tubs).
- Acer de carboni mitjà: Entre 0,3% i 0,6% de carboni (usos: rodes, carrils de trens, engranatges).
- Acer d'alt carboni: Entre 0,6% i 1,76% de carboni (usos: eines de tall, molles, matrius).
Siderúrgia
Definició
La siderúrgia és el conjunt de processos d'obtenció del ferro colat o de l'acer.
Alt Forn (Obtenció de Ferro Colat)
En l'alt forn s'introdueixen les matèries primeres i s'extreuen els gasos. A la part inferior s'introdueix aire calent a pressió, que provoca la combustió del carbó i permet recollir el ferro colat i les escòries.
Matèries Primeres
- Mineral de ferro
- Carbó de coc
- Pedra calcària
Zones de l'Alt Forn
- Zona de deshidratació (400°C): La humitat s'elimina en forma de vapor.
- Zona de reducció (700°C): El monòxid de carboni en forma de gas es combina amb l'oxigen del mineral per formar ferro reduït.
- Zona de carburació (1200°C): El carboni es combina amb el ferro formant l'aliatge fèrric.
- Zona de fusió (1800°C): Fusió del ferro amb carboni, formant el ferro colat en forma líquida.
Tractaments Tèrmics
- Tremp: Produeix un acer dur i amb alta resistència mecànica.
- Revingut: Es realitza a temperatures inferiors a 723°C.
- Recuita: Redueix la duresa i augmenta la plasticitat.
- Normalitzat: Refredament en aire.