Materials i Processos Industrials: Propietats Mecàniques i Assaigs de Materials

Materials i processos industrials

Materials, processos ind.: materials i energia. 2 elements imprescindibles de tot el procés industrial.

Criteris de selecció de materials

Propietats, qualitats estètiques, processos de fabricació, cost, disponibilitat, impacte mediambiental.

Propietats mecàniques

Descriuen el comportament dels materials davant l'aplicació de forces externes. Aquestes forces s'oposen a unes altres d'internes, forces de cohesió. Si les forces externes són molt inferiors a les de cohesió interna, el material resistirà, però si superen les internes, el material es deformarà o fins i tot es trencarà. Per mesurar aquestes propietats, els materials se sotmeten a unes proves de laboratori: assaigs.

Allargament unitari

Relació entre Al i la longitud inicial (Lo).

Resistència mecànica i assaig de tracció

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

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

Flexió: tracció i compressió juntes.

• Tracció: secció elevada.
• Compressió: secció elevada, poca longitud.
• Flexió: secció elevada, cantell gran, poca longitud.
• Torsió: secció elevada.
• Cisallament: secció elevada.

Models de deformació i comportament mecànic

Deformació temporal: deformació elàstica.

Deformació permanent: deformació plàstica.

Comportament fràgil (vidre, ceràmica). Comportament dúctil (coure, alumini).

Esforç unitari

Relació entre la força aplicada al material i l'àrea.

Equivalències: 1 N/mm² = 1 MPa, 1 MPa = 10⁶ Pa.

Diagrama tensió-deformació (tracció)

Permet determinar les característiques mecàniques dels materials a partir dels assaigs de tracció (provetes circulars). L'esforç unitari màxim que s'utilitza en el disseny d'una peça es coneix com la tensió màxima de treball. Com més gran sigui el coeficient de seguretat, més segura serà la peça. Quan tenim un valor menor del que és normal, ens indica la presència de porus o defectes greus a la mostra.

Allargament

En l'assaig de tracció la deformació sempre és un allargament. Té una importància especial l'allargament que experimenta la mostra just en el moment de trencar-se. El percentatge d'allargament s'utilitza per mesurar la ductilitat dels metalls: com més dúctil, més gran el valor.

Característiques mecàniques d'alguns materials

El valor del mòdul elàstic ens indica la rigidesa, el límit elàstic la elasticitat, l'esforç de trencament la resistència mecànica i els d'allargament la plasticitat dels materials.

Tenacitat

Capacitat de resistència al xoc. Propietat contrària a la fragilitat. Els materials tenaços són capaços d'absorbir molta energia cinètica en un xoc, transformar-la en plàstica o elàstica i evitar el trencament.

Assaig de resiliència

Energia necessària per trencar un material amb un sol cop. L'assaig de resiliència es denomina assaig de resistència al xoc. El valor obtingut és una manera indirecta de mesurar la tenacitat dels materials.

Assaig de fatiga

Esforços que alternen el seu sentit d'aplicació de manera repetitiva o cíclica. L'assaig de fatiga intenta reproduir les condicions de treball (corba S-N o diagrama de Wöhler).

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

Nombre de cicles de treball que pot suportar un material per a una determinada amplitud de l'esforç, i es representa per N. El trencament per fatiga sempre s'inicia a la superfície dels materials.

Fórmules

Allargament unitari = E = Al / Lo
E (%) = Al / Lo · 100
Al = Lf − Lo

Àrea circular = π · r²
Àrea rectangular = b · h

Esforç unitari = σ = F / A = N/mm²
Mòdul elàstic = E = σp / ε
Tensió màxima de treball = σt = σe / n