Materials Industrials: Propietats i Assajos

Processos Industrials i Selecció de Materials

En els processos industrials, és crucial elaborar un projecte, triar els materials adequats i estudiar els problemes sota diferents criteris de selecció.

Característiques dels Materials

Les propietats dels materials inclouen:

• Qualitats estètiques
• Procés de fabricació
• Cost
• Disponibilitat
• Impacte ambiental

Propietats Mecàniques

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

• Tracció: Intentar estirar (secció elevada).
• Compressió: Intentar aixafar (pot sorgir vinclament) (secció elevada i poca longitud).
• Flexió: Intentar doblegar (secció elevada, cantell gran i poca longitud).
• Torsió: Intentar retorçar (secció elevada).
• Cisallament: Intentar tallar (secció elevada).

Deformació Elàstica i Plàstica

• Deformació elàstica: Deformació temporal.
• Deformació plàstica: Deformació permanent.

Comportament Fràgil i Dúctil

• Comportament fràgil: Materials que es trenquen sense cap deformació.
• Comportament dúctil: Es deformen molt abans de trencar-se.

Esforç i Allargament Unitari

• Esforç unitari (σ): Relació entre la força aplicada (F) i la secció (A). σ = F/A
• Allargament unitari (ε): Relació entre l'allargament (ΔL) i la longitud inicial (L0). ε = ΔL/L0

Tensió Màxima de Treball

σ_t = σ_e/n

• n: Coeficient de seguretat
• σ_t: Tensió màxima de treball
• σ_e: Límit elàstic del material

Relació entre Propietats

• E (Mòdul elàstic): Indica rigidesa.
• σ_t i σ_e: Resistència mecànica.
• ε: Plasticitat del material.

m = ρ · V (massa = densitat x volum (àrea x longitud))

Duresa

La duresa és la resistència que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material.

Assaig de Duresa Brinell

HBW = 0.102 · F/A

A = (0.5 · (D1 · (D1 - √(D1² - D2²))))

Resultat: xxHBW (D/c/t)

• D: Diàmetre del penetrador
• c: F · 0.102
• t: Temps
• xx: Grau de duresa Brinell

Relació entre duresa i HBW:

Resistència a la tracció = 3.45 · HBW

Tenacitat i Assaig de Resiliència

La tenacitat és la capacitat de resistència a un xoc.

L'assaig de resiliència serveix per conèixer l'energia necessària per trencar un material d'un xoc.

Assaig Charpy

K = E_c/A (Resiliència = Energia cinètica / Àrea)

A = L1 · (L1 - L2)

Assaig de Fatiga i Assajos No Destructius

L'assaig de fatiga avalua els esforços que alternen el seu sentit d'aplicació de manera repetitiva o cíclica en el temps.

Els assajos no destructius o de defectes inclouen:

• Assaig magnètic
• Per raigs X i gamma
• Per ultrasons

Conductivitat Tèrmica

La conductivitat tèrmica és la facilitat que ofereix un material per permetre el flux d'energia tèrmica a través seu.

Conductivitat tèrmica:

Potència tèrmica:

On:

• Q: Quantitat de calor
• λ: Conductivitat tèrmica
• A: Superfície de contacte
• t: Temps
• Δt: Increment de temperatura
• L: Gruix

Dilatació Tèrmica

La dilatació tèrmica és el fenomen que provoca l'augment de les dimensions d'un material quan augmenta la temperatura.

ΔL/L0 = α · ΔT