Descriure l’evolució dels materials al llarg de la història i els factors que més han influït en la seva utilització i selecció.

Descriure i classificar les propietats més importants dels materials.

Descriure els principals tipus d’assaig de materials, la seva finalitat i aplicacions.

Valorar la necessitat de l’assaig de materials en els processos industrials

Les propietatsLes qualitats estètiquesEl procés de fabricacióEl costLa disponibilitatL’impacte ambiental

Exercicis: pàg.175 nº 1 i 3

Tracció:

Compressió:

Flexió:

Torsió:

Cisallament:

Esforç unitari

Allargament unitari

A l’assaig de tracció, la deformació del material és sempre un allargament. Un cop trencada la proveta, s’uneixen els dos trossos i es mesura la distància entre les marques de calibratge. L’allargament s’expressa en forma de percentatge i s’obté de la manera següent:

Exercicis: pàg.184 i 185 nº 4, 5, 6 i 7

A un cable de coure de diàmetre 4mm i llargària 6m, li apliquem una força de tracció de 465N. Determina el valor de la tensió normal que suporta. Quin tipus de deformació experimenta(justifica la resposta)El coeficient de seguretat n amb què treballa el cable.

A un cable d’acer alt en carboni de diàmetre 2mm i llargària 6m, li apliquem una força de tracció de 687N. Determina el valor de la tensió normal que suporta. Quin tipus de deformació experimenta (justifica la resposta). El coeficient de seguretat n amb què treballa el cable.

Quin esforç unitari experimentarà un tub de titani (Ti) amb una secció rectangular de dimensions exteriors L1= 1mm i L2= 6mm, un gruix e= 1mm i una llargària L= 2m, quan li apliquem una força de tracció F= 7612N? Quina serà la massa i el pes G d’aquest tub?

La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material.Per comparar i mesurar la duresa s’utilitzen diferents tipus d’assaigs.Com més penetració s’aconsegueixi, aplicant la mateixa força, més tou serà el material que s’està estudiant. Un dels mètodes més utilitzats per mesurar la duresa dels metalls és l’assaig de Brinell.

Utilitza un penetrador de material molt dur 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 carrega i l’esfera i es mesura el diàmetre de la marca que s’ha produït sobre la mostra o proveta.

pàg. 188 ex 8

Després de realitzar l’assaig de duresa sobre una proveta de gruix e= 20 mm amb un duròmetre Brinell, observes que la marca deixada sobre el material té un diàmetre d= 1,45 mm. Si a l’assaig has aplicat una càrrega F= 1260 N durant un temps t= 15 s amb un penetrador de diàmetre D= 12 mm, determina la duresa del material de la proveta.

Després de realitzar l’assaig de duresa sobre una proveta de gruix e= 20 mm amb un duròmetre Brinell, observes que la marca deixada sobre el material té un diàmetre d= 1,94 mm. Si a l’assaig has aplicat una càrrega F= 1320 N durant un temps t= 15 s amb un penetrador de diàmetre D= 8 mm, determina la duresa del material de la proveta. De quin material podria tractar-se?

Donat un material de duresa Brinell 400, quin és el diàmetre de la marca deixada sobre el material si la força aplicada és de 6700 N durant 15 s i el diàmetre del penetrador és de 10 mm?

Donat un material de duresa Brinell 210, quina força s’ha hagut d’aplicar sobre ell durant 15 s si la marca deixada amb un penetrador de 8 mm de diàmetre té un diàmetre igual a 2,1 mm?

La tenacitat es defineix com la capacitat de resistència al xoc.Els materials tenaços són capaços d’absorbir molta energia cinètica en un xoc i transformar-la en deformació plàstica o elàstica, i evitar d’aquesta manera el trencament.Normalment, la fragilitat està lligada a la duresa: els materials durs acostumen a ser fràgils.

pàg. 193 exercici 12

En un assaig Charpy s’utilitza una proveta de secció quadrada de costats L1= 16 mm amb una entalla de L2= 1,5 mm. El pèndol assoleix una alçada màxima h= 90 mm després de trencar la proveta. Calcula quin és el valor de la resiliència K del material assajat si l’alçada inicial del pèndol era 250 mm.

Tipus d’esforços de fatiga: De tracció-compressió De flexió De torsió

L’assaig de fatiga representa les condicions de treball reals dels materials.

Hi han dos valors importants:Resistència a la fatiga: és el valor de l’amplitud de l’esforç que provoca el trencament després d’un nombre de cicles.Vida a la fatiga: és el nombre de cicles que pot suportar un material per a una determinada amplitud de l’esforç aplicat i es representa per Nf

Hi ha dos comportaments dels materials davant la fatiga:

Aquells que més tard o més d’hora, a un determinat esforç, sempre acaben trencant-se.

Aquells que si no superen un determinat valor d’amplitud d’esforç no es trenquen per molts cicles que es facin. Per tant, tenen límit de fatiga. Com per exemple, el titani i els acers.

Límit de fatiga: és el valor màxim d’amplitud d’esforç que no produeix trencament quan s’aplica un nombre infinit de cicles

S’apliquen a peces ja fabricades perquè es vol comprovar que no presenti defectes interns (esquerdes, porus, etc.) que poden alterar les resistències mecàniques i provocar accidents.Aquests defectes ocults poden estar produïts per:• Errors en el procés d’elaboració de la peça: emmotllament, extrusió…• Errors en el procés de mecanitzat• Defectes d’unió a les soldadures• Defectes en els tractaments tèrmics• Defectes en l’estructura cristal·lina del material.

Els més importants són els magnètics, els de raigs X i raigs gamma i els per ultrasons.

Procediment (amb magnetoscopi):

S’aplica un camp magnètic d’alta intensitat a la peça.

El defecte es detecta quan s’empolvora sobre la peça alguna pols amb propietats magnètiques (pols de ferro)

Consisteix en llançar una radiació de raigs X o gamma a través de la peça que es vol analitzar, que després de travessar-la impressiona una placa fotogràfica per obtenir una radiografia.

Com que cada material absorbeix la radiació de manera diferent, per tant tenen un grau d’absorció diferent, així detectem els defectes.

És una tècnica molt semblant als emprats a les ecografies. Una de les formes habituals d’aquest assaig consisteix en

situar l’emissor i el receptor a la mateixa cara de la peça. L’emissor envia impulsos de curta durada i quan arriben al final de la peça, són reflectits (eco) i captats pel detector. Si no hi han defectes, a la pantalla obtenim dos pics: el senyal de l’emissor i final de la peça. Si hi han defectes, obtenim més pics (part del senyal es reflecteix).

pàg. 193 ex: 13 i 14

pàg. 194 ex: 15

Indiquen el comportament dels materials davant la calor. Hi ha dues propietats tèrmiques importants: la conductivitat tèrmica i la dilatació tèrmica.

CONDUCTIVITAT TÈRMICAÉs la facilitat que ofereix un material

per permetre el flux d’energia tèrmica a través seu.

Intuïtivament podem dir que el flux d’energia depèn de:

● Tipus de material (conductivitat) ● Diferència de temperatura entre

ambients ● Temps d'exposició ● Superfície de contacte entre ambients ● Gruix del material (Inversament

proporcional) Aquestes magnituds es relacionen amb la

fórmula següent:Q=λ· A·t·ΔT

L També podem determinar la potència

tèrmica, a partir de la potència tèrmica (Q/t)

Pt= λ ·A· ΔT (W)L

El menjador d’un habitatge disposa d’una paret de dimensions 5 x 3 m amb un gruix e= 50 cm que dóna totalment a l’exterior (paret façana). El material de construcció utilitzat és el gero -maó foradat- que té una conductivitat tèrmica λ = 0,76 W/mºC. A l’hivern, la temperatura exterior és T = 0ºC i la interior T = 20ºC. Determina:

a) La quantitat de calor Q que es perd per conducció a través de la paret en t = 1h. Dóna el resultat en J i en KWh.

b) La potència de la calor tèrmica que hauria de tenir el sistema de calefacció per mantenir constant la temperatura a l’interior del menjador.

c) Torna a fer els càlculs suposant que la paret té un gruix de 20 cm en comptes de 50 cm. Des del punt de vista d’estalvi energètic, quina de les dues parets serà millor?

A la mateixa paret de l’exemple anterior, s’instal·la una finestra amb unes dimensions totals L1= 2 m, L2= 1,5 m i que consta d’un marc de fusta de pi amb una amplària x= 10 cm i un gruix em = 8 cm i d’un vidre amb gruix ev = 4 mm. Quines són les pèrdues Pt de calor per conducció a través de la finestra (marc i vidre)?

pàg. 199 ex: 18, 19

Intuïtivament podem dir que dependrà: - De la naturalesa de cada material - De l’increment de temperatura

Segons les dimensions de l’objecte hi han tres tipus de dilatacions:

- Dilatació lineal, si considerem una dimensió (longitud) - - Dilatació superficial, si considerem dues

dimensions (superfície) - Dilatació cúbica, si considerem tres

dimensions (volum)

En el cas de la dilatació lineal es pot calcular amb la fórmula:

ΔL/Lo = α ・ ΔT

Aquesta propietat té diverses aplicacions:

Podem saber els increments de temperatura si sabem els increments de llargada d’un material (el què es dilata).

En els sensors de temperatura (termòstats, termòmetres bimetàl·lics, etc.)pàg. 199 ex: 20 i 21

Una barra d’alumini té una llargària L0 = 5 m quan està a la temperatura T1 = 15ºC. Quina serà la seva dilatació L quan la temperatura hagi pujat a T2 = 190ºC ? Quina serà la seva llargària Lf a aquesta nova temperatura?

Un cable de coure té una llargària L0 = 100m quan està a la temperatura T1 = 5ºC. Quina serà la seva dilatació L quan la temperatura hagi pujat a T2 = 42ºC ? Quina serà la seva llargària Lf a aquesta nova temperatura?