Materials i Processos Industrials: Propietats, Assaigs i Deformacions

Materials i Processos Industrials

Els materials són un element imprescindible en un procés industrial. Cal conèixer les seves propietats per a la selecció adequada. La selecció del material és un pas clau en un procés industrial, i els criteris de selecció inclouen:

• Propietats: punt de fusió, aïllant, conductor, etc.
• Qualitats estètiques: color, textura, etc.
• Procés de fabricació: si tenim la maquinària necessària.
• Cost.
• Disponibilitat.
• Impacte ambiental.

Per poder decidir quin material fer servir, es fan assaigs de les propietats.

Propietats Mecàniques

Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials davant l'aplicació de forces externes.

Forces internes: mantenen units els àtoms, responsables del seu estat sòlid. Si les forces externes són superiors a les forces internes, el material es trencarà.

Resistència Mecànica

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

Assaig de Tracció

Inclou tracció, compressió, flexió, torsió, cisallament i vinclament.

Esforços de Flexió

Combinació de tracció i compressió.

Línia Neutra

Zona longitudinal que no està sotmesa a cap força.

Segons el tipus d'esforç, hi ha formes més adequades per suportar-lo:

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

Models de Deformació

• Plàstica: deformació permanent.
• Elàstica: deformació reversible.

Comportament Mecànic

• Fràgil: el material es trenca sense deformar-se.
• Dúctil: es deforma abans de trencar-se.

Esforç Unitari

Relació entre la força aplicada a un material i la seva secció.

Allargament Unitari

La relació entre l'allargament d'una peça i la seva llargària inicial.

Diagrama de Tracció

Zona Elàstica

Esforços i deformacions proporcionals. Al final tenim el límit de proporcionalitat. El pendent de la recta correspon al límit elàstic (indica l'elasticitat) o mòdul de Young E (determina la rigidesa del material).

Zona Plàstica

Va del límit de proporcionalitat fins al final. Comencen les deformacions permanents. A l'hora de dissenyar peces, s'utilitza la tensió màxima de treball que fa servir un coeficient de seguretat, n=2.

Fluència: el material s'allarga sense quasi incrementar l'esforç.

Enduriment

En aquest tram cal augmentar l'esforç per continuar deformant.

Ductilitat

Capacitat de suportar grans deformacions sense trencar-se.

Estricció i Trencament

Al final de l'enduriment es troba l'esforç màxim o esforç de trencament (indica la resistència mecànica) que pot suportar el material abans de trencar-se. En aquest tram disminueix la secció en un punt de la proveta (punt d'estricció).

Duresa

Resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre. És deguda a les forces de cohesió existents entre els àtoms dels materials. Com més fortes, més dur el material. Per determinar la duresa dels materials, s'utilitza l'assaig de Brinell.

Tenacitat

Capacitat de resistència al xoc, l'energia de deformació total que és capaç d'absorbir o acumular un material abans d'arribar a la ruptura en condicions d'impacte. L'oposat és fragilitat.

Esforços de Fatiga

Aquelles que alternen el seu sentit d'aplicació de manera repetitiva o cíclica en el temps.

Conductivitat Tèrmica

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

Dilatació Tèrmica

L'augment de les dimensions d'un material, especialment metalls, quan augmenta la temperatura.