Print bookPrint book

Estudi dels materials

Site: Cursos IOC - Batxillerat
Course: Tecnologia industrial I (Bloc 1) ~ gener 2020
Book: Estudi dels materials
Printed by: Usuari convidat
Date: Saturday, 18 May 2024, 8:18 PM

Table of contents

1. Estudi, classificació i propietats dels materials

Els materials constitueixen qualsevol producte d'ús quotidià i des de l'origen dels temps han estat utilitzats per l'home per millorar el seu nivell de vida.
Al principi, aquests es trobaven espontàniament a la natura: la fusta, la pedra, l'os, la banya o la pell. Més tard es van començar a emprar altres materials més elaborats com l'argila, la llana o les fibres vegetals, per arribar més tard a l'ocupació dels metalls i els aliatges i acabant, amb la revolució industrial, amb l'auge de l'ús de l'acer per sobre de tots els altres materials.


Figura: Imagte de F.J. Martínez Adradosen INTEF sota CC

 
 

S'ha de tenir la major informació possible perquè quan hàgim d' optar per un material, per fabricar un objecte, una eina adequada, o una màquina, l'elecció sigui encertada, reunint el material totes les característiques que necessiti. 

Silla de maderaSilla de forja.Silla de plástico.

Figura: Diferents models de cadires



L'obtenció de nous materials i els processos productius per a la seva transformació en productes finals és un cap de la tecnologia. Per a això és necessari conèixer els seus orígens, propietats, característiques i comportament davant els diferents tipus de requeriments.

S'han desenvolupat innombrables materials diferents amb característiques molt especials per a satisfer necessitats molt concretes de la nostra complexa societat, metalls, plàstics, vidres i fibres. Actualment els avenços electrònics més sofisticats es basen en l'ús de semiconductors. 


Figura: Imatge en INTEF sota CC 


2. Tipus de materials

Per classificar els materials es poden adoptar diversos criteris. Atenent al seu origen es distingeixen els:
  • Materials naturals.
  • Materials sintètics artificials.


  • Els Materials naturals són els que es troben en la naturalesa, podent estar al subsòl, sobre la terra o al mar. 

A partir d'ells s'obtenen els altres productes. Pertanyen a aquest grup la fusta, el ferro, el cotó, el carbó ...



Figura: Imatge en INTEF sota CC




Encara que aquests materials es troben a la natura, per poder fer ús d'ells s'han de localitzar, extreure i obtenir.

Cal ser conscients que s'ha de fer un ús racional d'aquests materials, ja que si bé alguns d'ells són renovables (llana, fusta ...), hi ha altres que no ho són (petroli, metalls, ...) i deixaran d'existir amb el pas del temps.


  •  Els Materials sintètics artificials són els que han estat obtinguts per l'home a partir de materials naturals per mitjà de processos físics i químics.  

Són materials sintètics artificials el formigó, que s'obté a partir de la barreja de sorra, grava, ciment i aigua, o la baquelita obtinguda per reacció química del fenol i el formol.



Figura: Imatge de FotoTechdk en Wikipedia bajo CC




La societat actual exigeix el continu desenvolupament de tècniques per obtenir nous materials que atenguin necessitats cada vegada més estrictes: suportar temperatures molt elevades, ser més resistents a la corrosió, operar a majors velocitats, emprar productes més lleugers ...


3. Propietats dels materials

Els materials es diferencien entre si per les seves propietats.

Les propietats dels materials es poden agrupar en base a diferents criteris. Nosaltres, des d'un punt de vista tècnic, establirem la següent classificació:
  • propietats sensorials
  • Propietats físic químiques
  • propietats mecàniques
  • propietats tecnològiques

A continuació estudiarem cadascuna d'elles.


3.1. Propietats sensorials

Les propietats sensorials

Són aquelles que estan relacionades amb la impressió que causa el material en els nostres sentits.

Són propietats sensorials el color, la brillantor, l'olor i la textura.


Ejemplo 1 de brillo   Ejemplo 2 de brillo
 Ejemplo 2 de textura   Ejemplo 2 de textura

Figura: Diferents brillantors.

Figura: Diferents textures.



Podríem dir que aquestes propietats són les menys "importants", ja que, en fer referència a l'aspecte extern del material, tenen un component més estètic que tècnic.
Però, com tots sabem, en la nostra societat de consum, les coses ens entren pels ulls, i per això a un producte li demanem, a més que compleixi unes condicions determinades, que sigui atractiu, i és aquí on entren en joc les propietats sensorials. 

3.2. Propietats físico-químiques

Propietats fisico-químiques

Són les que ens informen sobre el comportament del material davant de diferents accions externes, com l'escalfament, les deformacions o l'atac de productes químics.
Aquestes propietats són degudes a l'estructura microscòpica del material; és la configuració electrònica d'un àtom la que determina els tipus d'enllaços atòmics i són aquests els que contribueixen a forjar les propietats de cada material.

  • Calor específic 
És la quantitat d'energia necessària per augmentar 1ºC la temperatura d'un cos.
Indica la major o menor dificultat que presenta aquesta substància per experimentar canvis de temperatura sota el subministrament de calor.

  • Conductivitat elèctrica

És la capacitat d'un cos de permetre el pas del corrent elèctric a través seu.

Segons aquesta propietat els materials poden ser conductors (coure, alumini), aïllants (mica, paper) o semiconductors (silici, germani).

L'exemple de la tisora ​​d'electricista és molt representatiu. Utilitza un material conductor per al que és la tisora, a causa de les seves propietats de resistència mecànica, però un material aïllant a la zona on les agafem, per evitar problemes de descàrregues elèctriques quan les utilitzem.



Figura: Imatge de A. Quisi en INTEF sota CC



  • Conductivitat tèrmica

És la capacitat d'un cos de permetre el pas de la calor al seu través.

El material de què estan fetes les paelles, olles ..., ha de ser conductor tèrmic, perquè transmeti la calor des del foc fins als aliments.



Figura: Imatge en INTEF sota CC


  •  Òptiques

Són les que determinen l'aptitud d'un material davant el pas de la llum al seu través.

Un material pot ser transparent, (vidre, cel·lofana) quan permet veure clarament objectes situats darrere seu, translúcid (alabastre, marbre) quan deixa passar la llum però no permet veure nítidament al seu través i opac (fusta, cartró) quan impedeix que la llum el travessi.


Transparencia del cristal de las gafasTranslucidez del alabastro de la tulipaOpacidad de la madera de la puerta

Figura: Imatge de P. Acero en INTEF sota CC.

Figura: Imatge de FB78 en Wikimedia sota CC.

Figura: Imatge en INTEF sota CC.



  • Pes específic

És la relació entre la massa i el volum d'un material, i es coneix amb el nom de densitat.


DENSITAT D'ALGUNS MATERIALS (kg/m3)
Fusta d'avet430Alumini2.680
Oli d'oliva915Titani4.450
Aigua destil·lada1.000Acer fos7.880
Àcid sulfúric1.848Coure8.900
Magnesi1.740Plom11.340




  • Dilatació tèrmica

És la variació de dimensions que pateixen els materials quan es modifica la seva temperatura.

Aquesta variació ve donada per l'expressió:


On L i és la longitud inicial, k el coeficient de dilatació lineal (depèn de cada material) i ΔT és l'increment de temperatura.

A la següent taula tens els coeficients de dilatació de materials usuals.

COEFICIENT DE DILATACIÓ LINEAL (ºC-1)
Vidre8.4 10-6Fusta3.9 10-6
Acer1.2 10-5Fosa1.3 10-5
Coure1.7 10-5Zinc3.1 10-5


  • Punt de congelació 

És la temperatura a la qual un líquid es transforma en sòlid. L'aigua, per exemple, té el seu punt de congelació, com tots sabem, en 0ºC.


Agua en estado sólido.

Figura: Imatge de C. Rodrígues en INTEF sota CC


  • Punt d'ebullició 

És la temperatura a la qual un líquid es transforma en gas.


Agua hirviendo

Figura: Imatge en INTEF sota CC



  • Punt de fusió

És la temperatura a la qual un cos en estat sòlid es transforma en líquid.

TEMPERATURA DE FUSIÓ (ºC)
Fòsfor44Vidre450
Sofre111Alumini660
Estany231Coure1083
Plom327Ferro1539
Zinc419Titani1800

La cera debe tener un punto de fusión bajo

Figura: Imatge en INTEF sota CC



  • Resistència a la corrosió
La corrosió és el comportament que tenen els materials en estar en contacte amb determinats productes químics, especialment àcids en ambients humits.

  • Resistència a l'oxidació

L'oxidació és la capacitat dels materials a cedir electrons davant l'oxigen de l'atmosfera.


3.3. Propietats mecàniques

Propietats mecàniques

Són les que descriuen el comportament d'un material davant les forces aplicades sobre ell, per això són especialment importants a triar el material de què ha d'estar construït un determinat objecte.


1. Tenacitat / Fragilitat

Posem aquestes dues propietats juntes perquè són "oposades".

  • Tenacitat és la capacitat d'un material de suportar, sense deformar ni trencar-se, els esforços bruscs que se li apliquin.
  • Fragilitat és la facilitat per trencar-se un material per l'acció d'un impacte
2. Elasticitat / Plasticitat
  • Elasticitat és la capacitat d'alguns materials per a recobrar la seva forma i dimensions primitives quan cessa l'esforç que els havia deformat.
  • Plasticitat és l'aptitud dels materials d'adquirir deformacions permanents, és a dir de no recobrar la seva forma i dimensions primitives quan cessa l'esforç que els havia deformat.
3. Duresa

Duresa és l'oposició que presenta un material a ser retxat per un altre.


Talco, el material más blando según la escala de MohsDiamante, el material más durosegún la escala de Mohs

Figura: Imatge de Ji-Elle a Wikimedia sota CC.

Figura: Imatge de E. Zimbres a Wikimedia sota CC.




4. Fatiga

La fatiga és una propietat que ens indica el comportament d'un material davant d'esforços, inferiors al de trencament, però que actuen d'una forma repetida.

Un pont està sotmès a fatiga perquè, quan un cotxe passa per ell, està sotmès a una càrrega, i quan no passa, no. D'aquesta forma el pont està sotmès a un esforç d'una forma contínua i repetida. Quan el material del pont sobrepassa el límit de fatiga, falla d'una manera gairebé instantània.


Anterior: 3.1. Propietats físico-químiques

3.4. Propietats tecnològiques


Propietats tecnològiques

Són les que ens indiquen la disposició d'un material per poder treballar amb ell o sobre ell.


Figura: Ductilitat.  Imatge de G. Dall´Orto en Wikimedia sota CC

Figura:  Mal·leabilitat. Imatge de E. Pecher en Wikimedia sota CC



  • Ductilitat: És la propietat que presenten alguns metalls de poder estirar-se sense trencar-se, permetent obtenir filferros o fils.
  • Mal·leabilitat: És la possibilitat que presenten alguns metalls de separar-se en làmines primes sense trencar-se.
  • Resiliència: És una mesura de l'energia que s'ha d'aportar a un material per trencar-lo.
  • Resistència mecànica: És la capacitat que té un material de suportar els diferents tipus d'esforç que hi sense deformar-se permanentment.
  • Soldabilitat: És la possibilitat que tenen alguns materials per poder ser soldats.
  • Colabilitat: És l'aptitud que té un material fos per omplir un motlle.
  • Mecanibilitat: És la facilitat d'alguns materials per ser mecanitzats per arrencada de ferritja. També se l'anomena maquinabilitat.
  • Acritud: És l'augment de duresa i fragilitat que adquireixen els materials quan són deformats en fred.


4. Composició de la matèria: Estructures cristal·lines

Tots els metalls, excepte el mercuri, es troben en estat sòlid a temperatura ambient.

Això es deu en part al fet que els seus àtoms ocupen unes posicions espacials d'equilibri predeterminades, ja que aquestes posicions espacials d'equilibri en diem xarxes cristal·lines.

Cristales de niobio.Cristales de agua de mar con turmalina.

Figura: Imatge d'Arttop a Wikimedia sota CC.

Figura: Imatge de Gery a Wikimedia sota Domini Públic.


 
En els metalls són comuns 3 xarxes cristal·lines:
  • Xarxa cúbica centrada en el cos (BCC)
  • Xarxa cúbica centrada en les cares (FCC)
  • Xarxa hexagonal compacta (HC)

 Xarxa cúbica centrada en el cos, BCC. (Body Centered Cube)

Els àtoms conformen una estructura amb forma de cub i en ella un àtom ocupa el centre geomètric del cub i altres ocupen cada un dels vuit vèrtexs.


Red cúbica centrada en el cuerpo

Figura: Imatge de Cdang a Wikimedia sota CC




Com hem vist, en aquest tipus de xarxes un àtom ocupa el centre geomètric del cub i altres ocupen cada un dels vuit vèrtexs. Cada un d'aquests vuit àtoms pertanyen, al mateix temps, a cada un dels vuit cubs que comparteixen el vèrtex. Per tant, cada cristall d'aquesta xarxa té realment l'equivalent a dos àtoms.

À t o m s equals 1 plus 1 over 8 times 8 equals 2

Metalls que cristal·litzen en aquest sistema són, per exemple, ferro α, crom, titani, molibdè, tungstè, niobi, vanadi, crom, zirconi, tal · li, sodi i potassi.

Tots ells tenen com a característica comuna l'ésser molt resistents a la deformació.


Xarxa cúbica centrada en les cares, FCC. (Face Centered Cube)

En aquestes un àtom ocupa el centre de cadascuna de les sis cares i un altre ocupa cada un dels vuit vèrtexs.


Red cúbica centrada en las caras.

Figura: Imatge de CDang a Wikimedia sota CC





En aquestes xarxes, l'àtom que ocupa el centre de cadascuna de les sis cares pertany, realment, als dos vidres que comparteixen cara, i l'àtom que ocupa cada un dels vuit vèrtexs pertany als vuit vidres que comparteixen vèrtex, per el que realment aquests cristalls tenen l'equivalent a quatre àtoms.

À t o m s equals 1 over 8 times 8 plus 1 half times 6 equals 4

Els metalls que cristal·litzen en aquesta xarxa són fàcilment deformables.

Exemples de metalls amb estructura FCC són el ferro i, el coure, la plata, el platí, l'or, el plom, el níquel i l'alumini.



Xarxa hexagonal compacta, HC. (Hexagonal Compact)

Són aquelles en què els àtoms confoman una estructura amb forma de prisma hexagonal, i presenten un àtom al centre de cada base, un àtom en cada un dels vèrtexs del prisma i tres àtoms més en un pla horitzontal, interior al vidre.


Red hexagonal compacta

Figura: Imatge de Jesemenak a Wikimedia sota CC



L'àtom situat al centre de cada base hexagonal és compartit pels dos vidres contigus; l'àtom de cada un dels vèrtexs és compartit pels sis vidres que concorren en el vèrtex, de manera que aquestes estructures tenen l'equivalent a sis àtoms.

 
À t o m s equals 1 over 6 times 12 plus 1 half times 2 plus 3 equals 6
 
En aquest sistema cristal·litzen: cobalt, zirconi, cadmi, magnesi, beril·li i zinc, i tenen com a característica comuna la seva gran resistència a la deformació.




Alguns metalls tenen la característica que canvien de xarxa de cristal·lització depenent de la temperatura a què es trobin. 

Quan passa això diem que el metall és politròpic, ia cada un dels sistemes en què cristal·litza el metall se li diuen estats al·lotròpics.

Un exemple de metall politròpic és el ferro.
  • A partir de 1539 ºC cristal·litza en la xarxa cúbica centrada en el cos (BCC) i a aquesta varietat al·lotròpica se l'anomena Fe δ
  • En arribar als 1400 ºC canvia de xarxa de cristal·lització i cristal·litza en la xarxa cúbica centrada en les cares (FCC); a aquesta varietat al·lotròpica se l'anomena Fe γ
  • A partir dels 900 ºC tenim el Feβ que cristal·litza de nou en el BCC
  • Als 210 ºC apareix el Fe α que, encara que no canvia de xarxa de cristal·lització, adquireix propietats magnètiques que seguirà conservant a temperatura ambient.




5. Modificació de les propietats dels metalls: Aliatges

La indústria necessita materials amb propietats molt específiques i, per descomptat, amb el menor cost possible.
En general aquestes propietats no són capaços de aportar els materials simples, de manera que cal que se sotmetin a determinats processos per tal de millorar aquestes característiques. Un d'aquests processos consisteix a aliar-los.

 Un aliatge és una mescla homogènia d'un metall en estat fos amb, almenys, un altre element, que pot ser metàl·lic o no, obtenint un producte final que presenta característiques metàl·liques.

Els aliatges es fan fonent els diversos metalls en un gresol i deixant després solidificar, lentament, la solució líquida. S'obté un material amb una estructura granular cristal·lina formada per diferents microconstituents com són:

  • Vidres simples o de components purs. Cristal·litzen separadament i cada cristall conté un sol component.
    És el cas de l'aliatge anomenada eutèctica, que és una barreja íntima de cristalls formada cadascun d'ells d'un sol component pur.
    Aquests aliatges són de poca aplicació pràctica a causa de les seves males propietats mecàniques però són les que tenen la temperatura de fusió més baixa, per la qual cosa s'empren gairebé exclusivament per a la soldadura tova.
    L'exemple típic el constitueix l'aliatge plom-estany, emprada en la soldadura de components electrònics.

Cristales visibles de cinc en una matriz de acero

Figura: imatge de RFasbind a Wikipedia sota CC.



  • Cristalls d'elements compostos. Estan formats per compostos químics dels components que formen l'aliatge, i no és possible distingir separadament els components originals.
    Un exemple és la cementita (Fe 3 C) que aporta duresa als acers que la contenen
  • Cristalls de solució sòlida. Formats per una solució sòlida dels components purs o per un d'ells i un compost químic de tots dos.
    Es formen a causa de la solubilitat dels components en l'estat sòlid.
    Poden ser solucions sòlides per inserció, quan els àtoms de solut ocupen els buits deixats pels àtoms de dissolvent, o solucions sòlides per substitució, quan els àtoms de solut substitueixen a les xarxes d'àtoms de dissolvent a alguns d'aquests àtoms.
    Quan els vidres de solució sòlida es formen amb refredament molt lent, tenen estructures molt homogènies i molt bones propietats mecàniques per a ser emprats en la construcció d'elements de màquines


Les propietats dels aliatges depenen de la seva composició i de la mida, forma i distribució de les seves fases o microconstituents.

L'addició d'un component encara que sigui en molt petites proporcions, fins i tot menys d'1% poden modificar enormement les propietats d'aquesta aliatge.


En comparació amb els metalls purs, els aliatges presenten alguns avantatges:

  • Major duresa i resistència a la tracció.
  • Menor temperatura de fusió, almenys d'un dels seus components.

Però també alguns inconvenients:

  • Són menors la ductilitat, la tenacitat i la conductivitat tèrmica i elèctrica.
    L'estudi dels aliatges es fa a través dels diagrames de fase.
    Els diagrames de fases són la forma de representar gràficament l'aliatge i en ells s'observen les fases que estan presents en un aliatge a diverses temperatures i composicions, sempre que s'hagin obtingut en condicions de refredament o escalfament lent.
    Tot i que els diagrames de fase s'estudien detingudament en Tecnologia Industrial II, avançar que en el diagrama de fases que tenim d'exemple s'observen tres zones:
  • La monofàsica L, on només hi ha líquid.
    • La zona monofàsica a, on només hi ha sòlid.
    • La zona bifàsica L + a, on coexisteixen les dues fases. En aquesta zona, les composicions químiques de cadascuna de les fases s'indica mitjançant la intersecció de la isoterma amb la línia de límit de fase. La fracció en pes de cada fase en una regió bifàsica pot determinar utilitzant la regla de la palanca al llarg d'una isoterma a una temperatura determinada.


Figura: Diagrama de fases de Gcarotsans a wikipèdia sota CC BY-SA 2.5


6. Tipus d'esforços

Quan es dissenya qualsevol objecte o estructura s'ha de tenir en compte que els elements que el formen estaran sotmesos a diferents tipus d'esforços, càrregues i accions que hauran de suportar.


 De vegades en lloc d'emprar el concepte esforç és més adequat utilitzar el concepte tensió, que resulta del quocient entre la força aplicada i la secció sobre la qual s'aplica.

sigma equals F over S

La tensió es mesura en pascals (Pa), que són equivalents als Newton/m2.


EXERCICI RESOLT

Un pilar de secció quadrangular de 30 cm de costat suporta un esforç de compressió de 2.5 103 mar N. Calcula a quina tensió està sotmès el pilar.

AJUDA: Haurem utilitzar l'expressió de l'esforç


sigma equals F over S

S equals 1 squared equals open parentheses 30 times 10 to the power of negative 2 end exponent close parentheses squared equals 0.09 space straight m squared

sigma equals F over S equals fraction numerator 2500 straight N over denominator 0 comma 09 straight m squared end fraction equals 27.777 comma 8 straight N divided by straight m squared



Ara anirem veient els diferents tipus d'esforços a què estan sotmesos els elements estructurals.


Tracció

Es diu que un element està sotmès a un esforç de tracció quan sobre ell actuen esforços que tendeixen a estirar-lo, com succeeix, per exemple, amb els cables d'un pont penjant o amb un llum que està penjada del sostre.




Imatge per defecteTirantes de un puente colgante sometidos a tracción

Figura: Tracció.

Figura: Imatge de D. Ball a Wikipedia sota CC.




Compressió


Un element es troba sotmès a compressió quan sobre ell s'apliquen forces que tendeixen a provocar la seva aixafament, com és el cas, dels pilars de la nostra casa, o de les potes d'una cadira quan estem asseguts en ella.
 
Quan un element esvelt, és a dir molt més llarg que ample, és sotmès a aquesta mena d'esforços pot patir importants deformacions característiques degudes a flexions laterals trucades vinclament.



Imatge per defectePilares de una construcción sometidos a compresión

Figura: Compressió.

Figura: Imatge de G. Piolle en Wikipedia sota CC.




Flexió

Aquest tipus d'esforços és el que s'aplica sobre elements que tendeixen a doblegar-se. És una combinació de compressió i tracció, mentre que les fibres superiors de la peça sotmesa a un esforç de flexió s'escurcen (compressió), les inferiors s'allarguen (tracció), com succeeix amb una passarel·la o en un prestatge que es corda a causa del pes dels llibres.



Imatge per defecteAparadores de una estantería sometidos a flexión

Figura: Flexió.

Figura: Imatge de M. Strehl a Wikipedia sota CC.





Torsió

És el tipus d'esforços que suporten els elements que tendeixen a ser retorçats sobre el seu eix central, és el cas dels eixos, els cigonyals i les manetes o d'un pot quan vam obrir la seva tapi de rosca.




Imatge per defectePunta del destornillador sometida a torsión

Figura: Torsió.

Figura: Imatge de Tristanb a Wikipedia sota CC.




Cisallament

 
És l'esforç que en ser aplicat sobre un element provoca la seva esquinç o tall. Es produeix quan sobre el mateix pla s'apliquen esforços en sentits oposats. És el cas de la bola d'enganxament d'una caravana o simplement del tall amb unes tisores. 



Imatge per defecteRemaches de la estructura sometidos a cizalladura

Figura: Cisallament.

Figura: Imatge a INTEF sota CC.




7. Assaigs

A fi de conèixer la idoneïtat d'un material per a una determinada aplicació, o si va a suportar determinats esforços, sol·licitacions o càrregues, hem de valorar, o més aviat, quantificar les anteriors propietats mecàniques.

Les propietats mecàniques es quantifiquen amb exactitud mitjançant assaigs.

Per fer un assaig es prenen mostres del material en qüestió a les que anomenarem provetes, i se sotmeten a diferents proves o assajos ia partir d'aquests i dels seus resultats podrem:

  • Conèixer les propietats dels materials, la influència de la seva composició química o dels tractaments a què s'han sotmès.
  • Predir el possible comportament que tindrà un determinat material.
  • Identificar possibles causes de fallada en servei i procurar posar els mitjans per evitar els errors.
  • Seleccionar els materials més idonis per a usos concrets.

Assaig de tracció

Analitza el comportament d'un material davant un esforç progressiu de tracció fins a la seva ruptura.
Per a això se sotmet a una proveta d'un material, de dimensions normalitzades, a un esforç progressiu. Aquesta va augmentant de longitud (allargament unitari ε =Δl /lo) mentre la seva secció es va reduint, estricció, fins que arriba un moment en què la proveta es trenca.



Estado de la probeta en el inicio de un ensayo de tracción.Finalización del ensayo de tracción con la rotura de la probeta.

Figura: Imatge de D.G.García a Wikimedia sota CC.

Figura: matge de D.G.García a Wikimedia sota CC.



 

Assaig de compressió

Estudia el comportament d'un material sotmès a un esforç progressiu de compressió, fins que aquest es trenca per aixafament.

Probeta de material pétreo sometido a compresión.

Figura: Imatge de Liftarn a Wikimedia sota Domini Públic


 

Assaig de tall o cisallament 

Analitza el comportament d'un material sotmès a un esforç progressiu de tall fins a aconseguir el trencament per lliscament a la secció de tall.

Assaig de flexió

Estudia el comportament d'un material donat suport en els seus extrems i sotmès en la seva part central a un esforç progressivament creixent, comprovant la deformació produïda en ell, fletxa.


Inicio de un ensayo de flexión. La probeta no ha sufrido ninguna deformación.Fin de un ensayo de flexión. La probeta ha sufrido una gran deformación.

Figura: Imatge de ONI escuelas sota CC.

Figura: Imatge de ONI escuelas sota CC



Assaig de vinclament

Analitza un material esvelt al qual se sotmet a un esforç de compressió progressivament creixent, fins a aconseguir la seva flexió lateral o vinclament.

A la fotografia es poden veure diferents deformacions que pot patir un material sotmès a vinclament.


Probeta sometida a pandeo

Figura: Imatge a INTEF sota CC



Assaig de torsió 
Analitza el comportament d'un material sotmès a esforços de torsió progressius fins a aconseguir el seu trencament.


Assaig de resiliència 

L'assaig de resiliència consisteix a trencar una proveta d'un material mitjançant un únic impacte d'un pèndol d'una massa determinada.
La resiliència serà el quocient entre el treball realitzat i la secció de trencament.
Per a la realització d'aquest assaig, reproduït en l'esquema, s'empra un pèndol Charpy com el que veiem a continuació.

Detalle del elemento que impacta sobre la probeta en el péndulo Charpy.Esquema de un péndulo Charpy y de la probeta utilizada en el ensayo.

Figura: Imatge de Romary a Wikimedia sota CC.

Figura: Imatge de Dumontierc a Wikimedia sota CC.



 
 

Assaig de duresa

Sobre la superfície del material a assajar s'aplica una força mitjançant un duròmetre o penetrador , obtenint-se la duresa mitjançant el quocient entre la càrrega aplicada i la superfície de l'empremta que queda sobre el material.

Hi ha diversos mètodes d'assaigs de duresa que es diferencien per la forma del penetrador i per la diferent càrrega aplicada:

  • L'assaig Rockwell.
  • L'assaig Brinell, empra una bola d'acer extradur.
  • L'assaig Vikers utilitza una piràmide de base quadrada d'unes dimensions determinades.

Altres assaigs tecnològics
Es poden realitzar també una sèrie d'assajos tecnològics per intentar predir que comportament tindran els materials davant aquest tipus d'exigències en els processos de fabricació, i així hi haurà assajos de plegat, d'embotició, de forjat, de fatiga ... 


8. Criteris d'elecció dels materials

La idònia elecció d'un material per a una determinada aplicació és una decisió compromesa que exigeix d'un ampli coneixement, per part de l'equip de disseny, de les propietats d'un gran nombre de materials, per analitzar els avantatges i inconvenients que suposa l'ús d'un material específic en la fabricació d'un producte.


Per prendre la decisió adequada sobre quin material seleccionar s'han de valorar els següents aspectes:


PROPIETATS DELS MATERIALS

Ens hem d'assegurar que el material triat va ser l'adequat per suportar els esforços a què està sotmès el producte final, o les condicions d'ús que li anem a donar ...

 

DISPONIBILITAT DELS MATERIALS

S'ha de saber si hi haurà existències suficients d'un determinat material, de manera que la línia de producció no es pugui veure desproveïda en cap moment.

 

COST DELS MATERIALS

 En calcular el preu d'un producte, el cost de material no ha d'excedir d'un determinat percentatge perquè la seva venda resulti competitiva. En el cost estan incloses totes les despeses acumulades durant la prospecció, localització, extracció, transport, transformació i emmagatzematge del material.

 

QUALITAT DELS MATERIALS

 Els investigadors han de desenvolupar contínuament nous materials per satisfer les demandes i necessitats que imposa la societat, però sempre materials amb la qualitat suficient per atendre els requeriments del mercat.

 



Per descomptat, els aspectes anteriors no s'han de buscar per separat. L'important és seleccionar un material en el qual la relació qualitat-preu-prestacions pugui satisfer les necessitats de l'element final de la cadena: el consumidor.


9. Ús racional dels materials

L'enorme increment de la quantitat de productes fabricats porta amb si l'aparició de dos greus problemes per a la societat:
  • L'esgotament prematur dels recursos naturals tant de materials renovables, que mai s'haurien de veure en perill, sempre que es fes d'ells un ús raonable, com dels no renovables, sent aquests els que estan en major risc ja que no hi ha recanvi per a ells a la Terra.
  • Excessiu augment de residus industrials el que provoca un significatiu deteriorament del medi ambient. Aquests residus industrials (materials sòlids, líquids o gasosos generats en les activitats socials i industrials) s'estan generant en l'actualitat en quantitats desproporcionades, a causa del gran desenvolupament industrial de què gaudim.

És molt important que qualsevol procés industrial es dugui a terme tenint present la regla de les tres erres: 

 Regla de les tres erres

  • Reduir. El desenvolupament tecnològic permet dissenyar processos que minimitzin l'ús de materials en els processos de producció i que es generin menor quantitat de residus. Igualment nosaltres hem d'evitar el consum de productes innecessaris.
  • Reutilitzar. Hem d'oferir noves possibilitats d'utilització a un producte que hagi tingut un altre ús, sense necessitat de modificar-lo o transformar-lo.
  • Reciclar. Els productes que han arribat a la seva fase última d'utilització han de ser separats per ser reprocessats i incorporats de nou a la cadena productiva, donant-los una nova utilitat.

Sïmbolo internacional del reciclaje.


Autoria dels materials : Junta de Andalucia amb llicència (CC BY-NC-SA 4.0)
Modificat  i adaptat per l'IEDIB i l'IOC