Per poder conèixer les propietats mecàniques d’un material, han de ser sotmesos a una sèrie de proves anomenades assaigs. Els valors obtinguts d’aquests, són la base de la disciplina anomenada resistència de materials.
2.1 Resistència mecànica i assaig de tracció
La resistència mecànica és la capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.
Es poden distingir aquests tipus d’esforços segons la manera d’aplicar-los al material:
Segons la forma del material un esforç de compressió pot produïr un corbament en lloc d'un aixafament, això s'anomena vinclament.
Quan la deformació del material es temporal -> deformació elàstica
Quan la deformació és permanent -> deformació plàstica
Si el material es trenca sense deformar-se -> comportament fràgil
Si el material es deforma tant que costa de trencar -> comportament dúctil
2.1.2 Assaig de tracció
L'assaig de tracció és una de les proves de laboratori més utilitzades i que més informació proporciona sobre les propietats mecàniques dels materials.
2.1.3 Esforç unitari
L'esforç unitari és la relació entre la força aplicada a un material i la secció A sobre la qual s'aplica, és a dir, la força aplicada per unitat de secció.
Esforç = Força / Secció
Unitats: N/mm^2
2.1.4 Allargament unitari
L'allargament unitari és la relació entre l'allargament (increment d' L) d'una peça i la llargària inicial L0 que tenia abans d'aplicar l'esforç de tracció.
Allargament U. = Increment de Longitud / Longitud inicial
Unitats: No té, però pot expressar-se en tant per cent (%)
S’utilitza per expressar les característiques mecàniques dels materials i es realitza a partir dels assaigs de tracció.
Els valors de E (mòdul elàstic) ens indiquen la rigidesa. Els de límit elàstic, ens indica l'elasticitat. Els d'esforç de trencament, la resistència mecànica i els d'allargament, la plasticitat dels materials.
2.1.5 Diagrama de tracció
S’utilitza per expressar les característiques mecàniques dels materials i es realitza a partir dels assaigs de tracció.
2.2 Característiques mecàniques d'alguns materials
| Material | Densitat (kg/m3) | Mòdul elàstic E GPa (N/mm 2) · (1000) | Límit elàstic MPa (N/mm2) | Esforç de trencament (N/mm2) | Allargament (%) |
| Acer (alt en C) |
7840
|
207
|
380
|
615
|
25
|
| Acer (baix en C) |
7860
|
207
|
295
|
395
|
37
|
| Acer (mitjà en C) |
7850
|
207
|
350
|
520
|
30
|
| Alumini |
2710
|
69
|
85
|
100
|
25
|
| Llautó |
8530
|
110
|
75
|
303
|
68
|
| Plata |
10490
|
76
|
55
|
125
|
48
|
-La densitat és una característica intrínseca de cada material i relaciona la massa d'un cos d'un material determinat amb el seu volum.
2.3 La duresa
La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre. Aquesta, és deguda a les forces de cohesió existents entre els àtoms del material, com més fortes siguin aquestes forces, més dur serà el material.
Per comparar i mesurar la duresa s'utilitzen diferents tipus d'assaigs. Un dels més utilitzats és l'assaig de duresa Brinell.
2.3.1 Assaig de duresa Brinell
<- Clica a la imatge per ampliar
Una vegada mesurat el diàmetre, es calcula la duresa Brinell:
HBW= 0,102 x F/A
Aquí podem veure en vídeo com es realitza un assaig de duresa Brinell:
Aquí podem veure en vídeo com es realitza un assaig de duresa Brinell:
2.3.2 Relació entre la duresa i la resistència a la tracció
2.5 Assaigs de fatiga
Els valors de duresa com els de resistència a la tracció indiquen el grau d’oposició que presenta un material a ser deformat plàsticament i, aquests dos valors, en un mateix material, són proporcionals a les forces de cohesió.
L’avantatge d’aquesta relació és molt senzill: permet obtenir valors molt aproximats de resistència al trencament sense realitzar un assaig de tracció costós.
(L’assaig de duresa sempre és més senzill que el de tracció).
2.4 Tenacitat
La tenacitat és la capacitat de resistència al xoc.
És la propietat contrària a la fragilitat.
Els materials fràgils es trenquen sense cap deformació quan són sotmesos a un xoc, i gairebé no absorbeixen energia cinètica de l’objecte que el provoca.
D’altra vanda, els materials tenaços, són capaços d’absorbir molta energia cinètica en un xoc i transformar-la en deformació plàstica o elàstica i d’aquesta manera n’evita en seu trencament.
Així que, la fragilitat està relacionada amb la duresa de l’objecte.
2.4.1 Assaig de resiliència
La resiliència és l’energia necessària per trencar un material d’un únic cop.L’assaig de resiliència és denominat també com assiag de resistència al cop.
Com més alt sigui el valor de la resiliència, més tenaç serà el material que està sent assajat.
La resiliència és directament proporcional a la tenacitat del material encara que, la resiliència en sí no és suficient per valorar la tenacitat.
Hi ha dues modalitats:
-El pèndol de Charpy i el d’Izod.
Pèndol de Charpy:
Es realitza en una màquina que incorpora un pèndol amb una massa de 22 kg situada al seu extrem. A la vertical del punt de gir del pèndol hi ha l’enclusa on es fixa la proveta. En el moment de realitzar l’assaig, es deixa caure el pèndol des de la posició inicial a una alçària fixa h. Un cop impactada la proveta, aquesta es trenca i el pèndol continua el seu recorregut. L’alçària final h’ assolida pel pèndol a la posició final serà inferior a la inicial a causa de l’energia consumida en el trencament de la proveta. La diferència d’alçàries (h-h’) és directament proporcional a la resiliència.
Les provetes tenen mecanitzada una entalla, que té forma de V, que permet que el trencament es produeixi en el punt desitjat. La forma i dimensions de la proveta estan normalitzades.
Aquí podem veure un exemple del pèndol de Charpy:
Aquí podem veure un exemple del pèndol de Charpy:
2.5 Assaigs de fatiga
Els esforços de fatiga són els esforços que alternen el seu sentit d’aplicació de manera repetitiva o ciclica en el temps.
L’assaig de fatiga intenta reproduir les condicions de treball reals dels materials. Un dels més usuals consisteix a sotmetre la proveta a esforços de reflexió rotativa seguint un cicle que es va repetint en el temps.
Hi ha dos tipus de gràfics que representen els resultats de l’assaig.
-Corba S-N.
-Diagrama de Wöhler.
2.6 Assaigs no destructius o de defectes
Els assaigs no destructius no deixen marques i s’apliquen a peces elaborades per determinar la presència o la absència de defectes interns no observables a simple vista. És per això que aquests assaigs també són anomenats de defectes.
Els defectes interns poden ser:
-Fissures.
-Esquerdes.
-Porus.
-Inclusions.
En general, qualsevol alteració greu de l’estructura interna d’un material que fa que aquesta deixi de ser homogènia.
Els assaigs no destructius més importants són:
-Els magnètics.
-Els raigs X i raigs gamma.
-Assaigs per ultrasons.
2.6.1 Assaigs magnètics
Consisteixen en la aplicació d’un camp magnètic a la peça que es vol assajar; si aquesta no té defectes, l’estructura interna serà homogènia i, per tant, la permeabilitat magnètica serà constant en tota la seva extensió.
La permeabilitat magnètica és una característica pròpia de cada material i que indica la seva capacitat de concentrar o dispersar les línies de força d’un camp magnètic, a més, aquests assaigs només es poden realitzar en materials ferromagnètics.
2.6.2 Assaigs per raigs X i raigs gamma
Quan el material de la peça que volem examinar no es ferromagnètic o el defecte pot estar allunyat de la superfície, cal utilitzar un altre tipus d’assaig no magnètic. Una posible solució consistiria en la utilització dels raigs X.
Aquests, consisteixen a fer que la radiació travessi la peça que es vol examinar i arribi a impressionar una placa fotogràfica situada al darrere. Quan la radiació d’aquest tipus travessa un material, va perdent intensirar perquè el material absorbeix part de la radiació. Però no totes les substàncies absorbeixen aquestes radiacions en la mateixa mesura: no es produeix la mateixa absorció a l’acer que a l’aire.
Cada material poseeix, per tant, un grau d’absorció diferent.
2.6.3 Assaigs per ultrasons
La tècnica dels assaigs per ultrasons és molt utilitzada a l’ecografia, per a la diagnosi en medicina i també són utilitzats als sonars dels vaixells per poder "visualitzar" el fons marí.
Els ultrasons són ones de pressió o sonores de freqüència superior a la màxima audible pero l’oïda (> 20000 Hz).
Les ones ultrasonores es reflecteixen, es refracten i es dispersen davant de canvis en el medi per on es propaguen. Aquestes propietats i en especial la relexió, són aprofitades oer detectar defectes interns a les peces metàl·liques.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada