Guia Completa de Materials: Resistència, Metal·lúrgia i Tractaments Tèrmics

Resistència Mecànica (T.6)

Definició

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

Tipus d'Esforços

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

Propietats Mecàniques

• Duresa: Resistència d'un material a ser ratllat o penetrat.
• Tenacitat: Capacitat de resistència al xoc.
• Resiliència: Energia necessària per trencar un objecte amb un sol xoc.

Assajos de Materials

Assaig de Fatiga

Consisteix a reproduir les condicions reals de treball d'un material, seguint un cicle que es va repetint en el temps.

Assajos No Destructius

• Assajos magnètics
• Assajos per raigs X i gamma
• Assajos per ultrasons

Procés Metal·lúrgic (T.7)

Etapes del Procés

1. Extracció
2. Enriquiment
3. Obtenció
4. Afinament
5. Mecanització

(Mina → Metal·lúrgia → Indústries Metal·lúrgiques)

Aliatges

Un aliatge és un producte obtingut amb la unió de dos o més elements químics.

• Ferro pur: Conté un 0,03% de carboni i és molt magnètic.

Solidificació del Ferro

Temperatures de solidificació i fases:

• 1539°C: Fase Delta (δ)
• 1390°C: Fase Gamma (γ)
• 900°C: Fase Beta (β)
• 750°C: Fase Alfa (α)
• 500°C

Fases del Ferro

• Fase Alfa (α): Magnètica i amb molt baixa solubilitat del carboni.
• Fase Beta (β): Poc magnètica i amb molt baixa solubilitat del carboni.
• Fase Gamma (γ): No magnètica i amb alta solubilitat del carboni.
• Fase Delta (δ): Poc magnètica i amb baixa solubilitat del carboni.

Aliatges Ferro-Carboni

• Ferrita: (Fase Alfa, α) Fins a 0,02% de carboni.
• Cementita: 6,67% de carboni.
• Perlita: 1,76% - 6,67% de carboni.
• Austenita: (Fase Gamma, γ) Fins a 1,76% de carboni.
• Martensita: (Fase Alfa, α) 0,89% de carboni.

Diagrama d'Equilibri Ferro-Carboni

Percentatges de carboni i tipus d'aliatge:

• 0% - 0,89%: Acer
• 0,89% - 1,76%: Acer
• 1,76% - 4,3%: Fosa blanca
• 4,3% - 6,67%: Fosa grisa

Acers i Foses

Definició

Els acers són aliatges de ferro amb carboni, amb un contingut de carboni entre el 0,1% i l'1,76%. Les foses són aliatges de ferro amb carboni amb un contingut de carboni entre l'1,76% i el 6,67%.

Tipus d'Acers

• Acer de baix carboni: Menys del 0,3% de carboni (usos: bigues, tubs).
• Acer de carboni mitjà: Entre 0,3% i 0,6% de carboni (usos: rodes, carrils de trens, engranatges).
• Acer d'alt carboni: Entre 0,6% i 1,76% de carboni (usos: eines de tall, molles, matrius).

Siderúrgia

Definició

La siderúrgia és el conjunt de processos d'obtenció del ferro colat o de l'acer.

Alt Forn (Obtenció de Ferro Colat)

En l'alt forn s'introdueixen les matèries primeres i s'extreuen els gasos. A la part inferior s'introdueix aire calent a pressió, que provoca la combustió del carbó i permet recollir el ferro colat i les escòries.

Matèries Primeres

• Mineral de ferro
• Carbó de coc
• Pedra calcària

Zones de l'Alt Forn

• Zona de deshidratació (400°C): La humitat s'elimina en forma de vapor.
• Zona de reducció (700°C): El monòxid de carboni en forma de gas es combina amb l'oxigen del mineral per formar ferro reduït.
• Zona de carburació (1200°C): El carboni es combina amb el ferro formant l'aliatge fèrric.
• Zona de fusió (1800°C): Fusió del ferro amb carboni, formant el ferro colat en forma líquida.

Tractaments Tèrmics

• Tremp: Produeix un acer dur i amb alta resistència mecànica.
• Revingut: Es realitza a temperatures inferiors a 723°C.
• Recuita: Redueix la duresa i augmenta la plasticitat.
• Normalitzat: Refredament en aire.