Propietats Mecàniques dels Materials: Duresa, Resistència i Tenacitat

PROPIETATS MECÀNIQUES

Duresa

La duresa és la propietat que tenen els materials d'oposar-se a ser ratllats o penetrats.

Elasticitat

És la capacitat que tenen els materials de tornar a la seva posició original quan desapareix la força que els mantenia estirats, per exemple, una goma elàstica. Els materials que es comporten així són elàstics.

Plasticitat

La plasticitat és la capacitat que tenen alguns materials de deformar-se permanentment sense trencar-se. És a dir, els materials queden deformats en deixar d'aplicar l'esforç. Dins dels materials plàstics es poden distingir dos tipus:

Materials Mal·leables

Materials que es poden deformar en forma de làmines. Per exemple, l'or i l'alumini.

Materials Dúctils

Materials que es poden deformar en forma de fils prims quan són sotmesos a un esforç de tracció. Per exemple, el coure i l'acer.

Tenacitat / Fragilitat

La tenacitat és la capacitat de resistència al xoc, és a dir, la capacitat de resistir els cops sense trencar-se, per exemple, el metall d'una campana. En canvi, si en rebre un cop es trenca amb facilitat, direm que és fràgil, com per exemple el vidre o la ceràmica. La tenacitat és la propietat contrària a la fragilitat. Mesura la quantitat d'energia que un material pot absorbir abans de fracturar-se.

Resistència Mecànica

Quan apliquem una força a un material, hi produïm una deformació, de tal manera que si augmentem aquesta força podrem arribar a trencar-lo. La capacitat que té un material de suportar un esforç sense trencar-se o deformar-se és la resistència mecànica.

Resistència a la Tracció

És la capacitat que tenen els materials per suportar esforços que tendeixen a estirar-los, ja que s'apliquen dues forces oposades. Per exemple, els cables d'un pont.

Resistència a la Compressió

És la capacitat que tenen els materials per suportar esforços que tendeixen a aixafar-los o comprimir-los; actuen dues forces en direcció a un mateix punt. Per exemple, les columnes d'un porxo.

Resistència a la Flexió

És la capacitat que tenen els materials per suportar esforços que tendeixen a corbar-los. Per exemple, la bastida d'un edifici.

Resistència a la Torsió

És la capacitat que tenen els materials per suportar esforços que tendeixen a tòrcer-los. Per exemple, la clau d'un pany.

Resistència al Tall o Cisallament

És la capacitat que tenen els materials per suportar esforços que tendeixen a tallar-los. Per exemple, les tisores.

Assaig de Tracció

L'assaig de tracció és un dels més utilitzats i que més informació proporciona sobre les propietats mecàniques dels materials.

Esforç Unitari (σ)

L'esforç unitari σ (MPa o N/mm²), o simplement esforç, és la relació entre la força F (N) aplicada a un material i la secció o àrea A (mm²) sobre la qual s'aplica.

Duresa

La duresa és la resistència que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre. En llenguatge col·loquial s'utilitza aquest terme com a contrari a la fragilitat, encara que realment no és així; de fet, molts materials són durs i fràgils al mateix temps, com per exemple el vidre.

Assaig de Duresa de Brinell

Utilitza una màquina anomenada duròmetre, que consta d'un penetrador de material molt dur (carbur de tungstè) en forma d'esfera que se situa damunt de la mostra de material que s'ha d'assajar. S'aplica una càrrega damunt l'esfera durant un temps. Després es retiren la càrrega i l'esfera i es mesura la superfície de la marca sobre la proveta (serà un casquet esfèric, la superfície del qual la podrem calcular a partir de la mesura dels diàmetres de la marca i l'esfera).

HBW = 0,102 · F/A

• HB = grau de duresa Brinell (sense unitats)
• 0,102 = constant 1/g
• F = càrrega aplicada a la bola [N]
• A = superfície de la marca de la bola [mm²]

Per obtenir el valor de superfície de la marca:

A = π · D₁ (D₁ - √(D₁² – D₂²))

• D₁: diàmetre de l'esfera (mm).
• D₂: diàmetre de la marca deixada a la mostra o proveta (mm).

Per a materials tous:

XX HBW (D/C/t)

• XX: grau de duresa Brinell.
• D: diàmetre del penetrador (mm).
• C: 0,102 · F (F és la càrrega aplicada en N).
• t: temps que ha durat l'aplicació de la càrrega (s).

Resiliència

Definim la resiliència com l'energia necessària per trencar un material amb un sol cop. Per mesurar la tenacitat d'un material, es realitzen assaigs de resiliència. El valor de la resiliència obtingut en aquests assaigs és una mesura indirecta de la tenacitat dels materials. Com més alta sigui la resiliència d'un material, més tenaç serà.

Pèndol de Charpy

Un dels tipus d'assaigs de resiliència és el pèndol de Charpy.