Assaig de tracció

Consisteix a sotmetre un material a una força que tingui tendència a allargar-lo. L’assaig es realitza sobre una proveta de mesures i forma normalitzades que es fixa entre dues mordaces que la van estirant longitudinalment fins que es trenca.

Màquina que permet realitzar l’assaig de tracció.

L’esforç es produeix sobre una secció perpendicular del material, on σ és l’esforç unitari o tensió normal. La peça es deforma augmentant la seva longitud primer elàsticament i després plàsticament.

Assaig de compressió

És igual que l'assaig de tracció, però en comptes d'allargar la proveta, la força que es fa tendeix a aixafar-la.

Fórmules i conceptes

Les magnituds més importants que es calculen en aquests assaigs són:

Esforç unitari o tensió unitària o tensió normal (σ): és la força per unitat d’àrea (F/A). Serveix tant per tracció com per compressió.

La unitat de la tensió o esforç unitari serà , també pot ser el .

   ;

Recordem:

1 Kilopascal (kPa) = 1000 Pa = 10³ Pa

1 Megapascal (MPa) = 1000000 Pa = 10⁶ Pa

1 Gigapascal (GPa) = 1000000000 Pa = 10⁹ Pa

S’expressen les forces per unitat d’àrea perquè així es poden comparar resultats de provetes diferents.

Allargament unitari (ε): És la relació entre l'increment de longitud que experimenta la proveta degut a l’esforç aplicat i la seva longitud inicial.

   (com que és una divisió de dues longituds no té unitats)

Al ser una relació, si es multiplica per cent es pot donar en tant per cent:

(%)

Diagrama de tracció d’una proveta d’acer

De l’assaig de tracció en resulta un diagrama on es veu com es va allargant la proveta a mesura que augmenta progressivament l’esforç que se li aplica. En aquest diagrama es representa a l’eix d’abscisses els allargaments unitaris (ε), i al d'ordenades els esforços unitaris (σ).

Un acer es comportarà tal com indica la corba del dibuix. Es distingeixen 4 zones:

Diagrama de tracció típic d’un acer

1. Zona elàstica. En ella totes les deformacions produïdes per l’esforç es recuperen després de treure'l, el cos es comporta elàsticament. Valors importants: σe : Límit elàstic. És l’esforç unitari màxim que pot aguantar un material sense experimentar cap deformació permanent. En aquesta zona es verifica la llei de Hooke, que diu que les tensions són proporcionals a les deformacions: E: mòdul elàstic. És un valor que depèn del material i correspon a la relació de proporcionalitat de la llei de Hooke, és a dir, al pendent de la recta de la zona elàstica. Quant més rígid sigui un material més elevat serà el seu mòdul elàstic. 2. Zona de fluència. En ella el material es deforma de forma permanent sense augmentar l’esforç, hi ha una reorganització de l’estructura cristal·lina interna del metall i la proveta s'allarga.

3. Zona plàstica: En aquesta zona, si es deixa d’aplicar esforç, el material queda ja amb una deformació permanent. El màxim d’aquesta corba és el que s’anomena la resistència al trencament (σR). A partir d'aquí la proveta ja comença a presentar esquerdes fins que es trenca totalment. Si llavors ajuntem els dos trossos que queden, podrem mesurar l'allargament total que ha patit la proveta a l'assaig.

Coeficient de seguretat

En el càlcul de peces de màquines i estructures es fan servir sempre coeficients de seguretat per tal d'evitar que les peces es trenquin o es deformin per possibles sobrecàrregues.

El coeficient de seguretat es defineix com la relació entre la càrrega unitària màxima que es podria aplicar i la que realment s’aplica. Es representa amb una n. Si la peça s’ha de comportar elàsticament (gairebé sempre), es calcularà respecte al límit elàstic:

 

n: coeficient de seguretat

σ_e: límit elàstic (MPa)

σ_t: esforç de treball (MPa)

Se solen utilitzar coeficients de seguretat d'entre 1,5 i 3, depenent del risc que tingui la peça. Per exemple, una peça d’un avió cal que tingui més coeficient de seguretat que una peça per un moble.

Taula de característiques mecàniques

Les dades típiques d'algunes magnituds es poden trobar tabulades pels materials més comuns. Veiem per exemple el mòdul elàstic, el límit elàstic i la resistència al trencament de 4 materials molt utilitzats:

Material	Mòdul elàstic E (GPa)	Límit elàstic σe (MPa)	Esforç de trencament σR (MPa)
Acer	207	300	425
Alumini	69	85	110
Coure	110	68	220
PVC	33	-	47