Guia de Materials Industrials, Propietats Mecàniques i Tèrmiques

Els materials i processos industrials

Procés tecnològic: criteri de selecció de materials: les propietats, la disponibilitat, les qualitats estètiques, l'impacte ambiental, el cost.

Propietats mecàniques

Descriuen el comportament d'un material en aplicar-li forces extremes oposades a les forces interiors (forces de cohesió que mantenen l'estructura) dels materials; el resultat s'anomena resistència dels materials.

Resistència mecànica i assaig de tracció

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

Esforços

• Tracció: estirar.
• Compressió: aixafar.
• Flexió: doblegar.
• Torsió: retorçar.
• Cisalla: tallar.

Mòduls de deformació i comportament magnètic

Fràgil: es trenquen gairebé sense deformar-se. Dúctil: es dformen molt abans de trencar-se.

Assaig de tracció

S'estiren la proveta i es calculen la llargària i el diàmetre de la peça després de sotmetre-la a un esforç.

Duresa

Significa difícil de trencar (contrari de fragilitat). És la resistència que presenta un material a ser ratllat o penetrat. Per mesurar la duresa es fan servir diferents assaigs que consisteixen a forçar la penetració:

• Assaig de Brinell: utilitza un penetrador molt dur en forma d'esfera i s'apreta contra el material a examinar; després es calcula el diàmetre que ha deixat el penetrador i ens dona el valor de duresa Brinell.

Tenacitat

Capacitat de resistir a un xoc (contrari a la fragilitat). Els materials tenaços absorbeixen energia cinètica i la transformen en deformació plàstica o elàstica.

Assaig de resiliència

(Resiliència: energia necessària per trencar un material d'un cop)

Assaig de Charpy: pèndol de 22 kg a un extrem a la verticalitat, se situa la proveta. L'altura "h" és l'altura del pèndol a la proveta en la posició inicial. Es deixa anar el pèndol, trenca la proveta i continua avançant; quan es para, l'altura cap a la proveta és "h'" (què és més petita). $h - h'$ és proporcional a la tenacitat.

Assaig de fatiga

Esforços que alternen el seu sentit de forma cíclica en el temps = esforç de fatiga. L'assaig de fatiga reprodueix les condicions de treball d'un material. Es representa per diagrama de corba S-N o Wöhler.

• Resistència a la fatiga: valor que provoca el trencament del material després d'uns cicles determinats.
• Vida a la fatiga: cicles que pot superar un material.

Dos comportaments de material: els que s'acaben trencant i altres que no si no se supera una altra amplitud.

Assaigs no destructius o de defecte

No deixen marca i es fan en peces elaborades per buscar defectes no observables.

• Assaig magnètic: s'aplica un camp magnètic; si l'estructura és homogènia, la permeabilitat serà constant; si té algun defecte (no és homogènia), el defecte provocarà una desviació del camp. Només en materials ferromagnètics (acers i foses).
• Assaig de raigs X / Gamma: es col·loca una placa darrere; davant del material se meten els raigs que van perdent intensitat. Si els raigs donen en un defecte, la intensitat es capta més o menys clara.
• Assaig per ultrasons: se situa un emissor i receptor a la mateixa cara i s'emeten ultrasons amb impulsos curts. Si no hi ha defecte, es reben 2 senyals (sortida i eco) i si hi ha defecte se'n reben 3 (eco, eco defecte, eco).

Propietats tèrmiques

És la facilitat que ofereix un material per permetre el flux d'energia tèrmica. Més superfície = més flux; més gruix = menys flux; més temps = més transferència de calor.

Dilatació tèrmica

Provoca un augment de dimensions (lineal, superfície o cúbica) en augmentar la temperatura. Depèn del material i del temps.