Guia Completa d'Assajos de Materials: Tipus, Mètodes i Preparació de Provetes

Planificació del Procés Analític

La planificació del procés analític és el conjunt d'etapes i subetapes que relacionen un problema que presenta la societat amb els resultats corresponents. La societat o un client presenta un problema. A partir d'aquí, cal realitzar el plantejament analític del problema i seleccionar un mètode que ens ajudi a trobar els valors dels paràmetres seleccionats. En resum, aquest procés consta de tres etapes:

• Operacions prèvies
• Mesura i transducció del senyal analític
• Adquisició i tractament de dades per generar resultats

Fonaments i Tipus d'Assajos de Materials

Hi ha diferents maneres de classificar els assajos físics, segons diverses perspectives:

• Segons la qualitat exigida al material: Assajos de control de la qualitat.
• Segons la forma de realitzar-los: Des d'aquesta perspectiva, es classifiquen en:
  • Assajos Destructius (AD): La mostra no recupera la forma inicial.
  • Assajos No Destructius (AND): La mostra no s'altera durant l'assaig.
• Segons el mètode utilitzat: Es poden classificar en:
  • Químics
  • Metal·logràfics
  • Físics
  • Fisicoquímics
  • Mecànics
  • Tecnològics

Assajos Químics

Tenen per finalitat determinar la composició del material.

Assajos Metal·logràfics

Tenen per finalitat determinar l'estructura interna dels materials. El seu objectiu és observar l'estructura real, incloent-hi:

• Els grans
• El nombre de grans
• Irregularitats
• L'estructura general

Per a l'observació de metalls es requereix el microscopi metal·logràfic. En els polímers es pot utilitzar el mateix tipus de microscopi, però amb llum polaritzada. Per als ceràmics s'utilitza el microscopi petrogràfic.

Assajos Físics i Fisicoquímics

Estudien propietats com: densitat, viscositat, Ce, etc.

Assajos Mecànics

Serveixen per determinar les propietats mecàniques dels materials. Aquestes es determinen al laboratori realitzant assajos que tracten de reproduir les condicions a les quals se sotmetrà el material. Entre ells destaquen els assajos de tracció, de duresa, de compressió, flexió, de cisallament, d'impacte i de fatiga.

Assajos de Tracció

Són els més utilitzats per estudiar les propietats mecàniques. Es realitzen amb una màquina universal d'assajos en la qual es deforma la proveta fins a la ruptura, aplicant una càrrega de tracció que va augmentant. S'aplica uniaxialment al llarg de l'eix de la proveta. Mitjançant aquests assajos es poden determinar paràmetres com:

• Rigidesa o resistència d'un material a la deformació elàstica: Mitjançant el paràmetre del mòdul d'elasticitat o de Young.
• Resistència a la deformació plàstica: Amb el paràmetre del límit d'elasticitat.
• Ductilitat: Com a mesura del grau de deformació plàstica que pot ser suportada fins a la fractura, amb paràmetres com l'allargament percentual.

També es pot determinar la resiliència i la tenacitat (energia absorbida en ser deformat i de cedir, i l'energia quan es deixa d'aplicar la càrrega). El paràmetre associat és el mòdul de resiliència, que es defineix com l'energia de deformació per unitat de volum que es requereix per deformar un material fins al límit elàstic.

Assajos de Duresa

Duresa: Mesura de la resistència d'un material a la penetració o abrasió. Les dureses es mesuren amb duròmetres. Els assajos més comuns són:

• Assajos de duresa Brinell
• Assajos de duresa Rockwell
• Assajos de duresa Vickers

Assajos de Compressió, Flexió i Cisallament

Els assajos de compressió es realitzen en el cas de mecanismes que hagin d'estar sotmesos a compressió. Els assajos de flexió són complementaris als de tracció i es realitzen amb peces i materials que estan sotmesos a esforços de flexió. Consisteixen en sotmetre una proveta a l'aplicació de càrrega per un o diversos punts a mode de flexió. Els assajos de cisallament es realitzen sobre materials sotmesos a esforços de tall.

Assajos d'Impacte

Si un material és sotmès a un cop sobtat i intens, en el qual la velocitat d'aplicació de la càrrega és gran, el material pot tenir un comportament més fràgil que el que presentaria en un assaig de tracció. Durant aquests assajos, un pèndol pesat que inicia el seu moviment des d'una alçada descriu un arc i finalment dona un cop i trenca la proveta, arribant a una alçada menor (h_f). L'energia potencial (Ep) del pèndol és justament l'energia d'impacte absorbida durant el trencament per la proveta.

Assajos de Fatiga

Molt sovint, algun component d'una màquina pot estar sotmès a l'aplicació cíclica d'una tensió inferior al límit elàstic del material. Aquesta tensió cíclica pot produir-se com a resultat de rotació, flexió o vibració del component. Tot i que la tensió estigui per sota del límit elàstic, el material pot fallar després de nombroses aplicacions d'aquesta tensió.

Assajos Tecnològics

Aquests assajos tracten d'estudiar el comportament del material des del punt de vista del servei que ha de prestar. L'assaig reprodueix les condicions en què s'utilitza el material.

Assajos No Destructius (AND)

Els AND són un tipus d'assajos tecnològics que s'utilitzen en inspecció de material on s'avaluen principalment esquerdes i defectes interns i també superficials, tant en els materials manufacturats com en servei. Entre ells destaquen els assajos radiogràfics i ultrasònics. Els Assajos Radiogràfics s'utilitzen com a mètode no destructiu que es basa en la major o menor transparència dels materials a la radiació. La radiació que travessa el material és absorbida parcialment i emergeix amb diferents intensitats, sent detectada per una pel·lícula que constituirà la radiografia.

Preparació de Mostres i Provetes

Preparació de Provetes Metal·logràfiques

Per poder observar correctament la microestructura dels metalls cal preparar la seva superfície. En resum, la preparació d'una proveta consisteix en quatre etapes:

1. Obtenció d'una superfície plana semipolida
2. Obtenció d'una superfície finament polida
3. Obtenció d'una superfície especular
4. Atac químic que permet l'observació dels components

Presa de Mostra

Ha de ser representativa.

Tall

Durant el tall cal assegurar-se que la mostra no se sobreescalfi.

Muntatge de les Provetes

Quan les provetes són molt petites o d'una forma molt difícil de manipular, cal muntar-les en una resina.

Desbast

Es tracta la mostra amb paper de vidre de diferents graus, eliminant en cada etapa les ratlles de l'etapa anterior. El desbast fi o final elimina la deformació resultant del desbast inicial i prepara la superfície per al polit.

Polit

Té l'objectiu d'eliminar les ratlles fines produïdes a l'última producció de desbast i aconseguir una superfície especular.

Atac Químic

Atac de la proveta amb productes químics que permetrà fer visible la seva estructura. El fonament de l'atac químic es basa en el fet que el constituent metal·logràfic que s'ataca més ràpid es veurà més fosc al microscopi, i el menys atacat es veurà més clar.