materials. assaig
DESCRIPTION
Assaig de materials.TRANSCRIPT
TECNOLOGIA INDUSTRIAL
MATERIALS
nov-13 – Materials – Diap 2 de 31
INTRODUCCIÓ 3000 Metal·lurgia del COURE
2000 BRONZE per armes
1600 FERRO (hitites)
1300 ACER
1000 VIDRE (Grècia i Siria)
50 Técniques de BUFAT DEL VIDRE (Fenicia)
20 Mètode d’obtenció del FORMIGÓ (Roma)
700 PORCELLANA (Xina)
1450 CRISTALL (Angelo Barovier)
1590 LENTS DE VIDRE (microscopis, Paísos Baixos)
nov-13 – Materials – Diap 3 de 31
1738 Proces per produir ZINC per destil·lació de carbó (William Champion)
1799 Primera BATERÍA ELÈCTRICA basada en coure i zinc. (Alessandro Volta)
1824 CIMENT PORTLAND (Joseph Aspin)
1825 ALUMINI METÀL·LIC (Hans Christian Orsted)
1839 VULCANITZACIÓ del cautxú (Charles Goodyear)
1855 PROCES BESSEMER per la producció massiva d’acer
1883 Primeres PLAQUES SOLARS (Charles Fritts)
1911 Descubriment de la SUPERCONDUCTIVITAT
1931 NEOPRÉ (Julius Nieuwland)
NYLON (Wallace Carothers)
1938 TEFLÓ (Roy Plunkett)
1947 Primer transistor de GERMANI
1954 6% d’eficiència en plaques solars de SILICI (Laboratoris Bell)
1970 FIBRA ÓPTICA (Corning)
nov-13 – Materials – Diap 4 de 31
nov-13 – Materials – Diap 5 de 31
CIÈNCIA DE MATERIALS
Implica investigar la relació entre la estructura i les propietats dels materials.
ENGINYERÍA DE MATERIALS
A partir de les relacions entre
⇒⇒⇒⇒ PROPIETATS
⇒⇒⇒⇒ ESTRUCTURA
⇒⇒⇒⇒ PROCESSAMENT
dissenya nous materials amb noves propietats.
nov-13 – Materials – Diap 6 de 31
CLASSIFICACIÓ
METALLS FÈRRICS
NO FÈRRICS
CERÀMIQUES
POLÍMERS
MATERIALS
COMPOSTOS
SEMICONDUCTORS
nov-13 – Materials – Diap 7 de 31
PROPIETATS
MECÀNIQUES FÍSIQUES QUÍMIQUES Mòdul d’elasticitat
Límit elàstic Resist a la tracció
Duresa Resiliència (tenacitat)
R a la fatiga...
Densitat i pes específic P elèctriques P tèrmiques
P magnètiques P òptiques
R a l’oxidació R a la corrossió
ECONÒMIQUES DE FABRICACIÓ ESTÈTIQUES Preu i disponibilitat Maleabilitat
Ductilitat Forjabilitat
Maquinabilitat
Aspecte Color
Textura Olor
nov-13 – Materials – Diap 8 de 31
ESTRUCTURA La distribució dels electrons per ÒRBITES i CAPES determina el comportament i els enllaços de l’element.
Cada e- pot canviar de capa guanyant o perdent energia.
Tendeix a ocupar les posicions més baixes i a tenir 8 e- a la capa exterior. Per aconseguir-ho guanyen o perden e- (ions negatius, no metalls o positius, metalls).
nov-13 – Materials – Diap 9 de 31
Aquesta darrera capa és la capa de valència i determina l'enllaç
IÒNIC COVALENT METÀL·LIC
Metall + no metall.
Transferència d’ e-.
Materials durs, fràgils i aïllants.
No metall + no metall.
Compartir e-.
Materials i propietats diverses.
Metall + Metall.
Estructura rígida d’ions positius i núvol d’ e-.
Bons conductors de calor i electricitat.
nov-13 – Materials – Diap 10 de 31
ESTATS
+ Mobilitat - GAS LÍQUID SÒLID
- Forces de cohesió +
LÍQUIDS I GASOS
Fluids (s’adapten al contenidor)
Gasos compresibles / líquids incompresibles.
SÒLIDS
Estructura cristal·lina (repetitiva) o vitrea (amorfa).
nov-13 – Materials – Diap 11 de 31
SUBSTÀNCIA VITREA SUBSTÀNCIA CRISTAL·LINA
nov-13 – Materials – Diap 12 de 31
ESTRUCTURA CRISTALINA
La CEL·LA UNITÀRIA es la mínima part identificable com cristall. (o la part que es repeteix)
Una cel·la unitària queda definida per tres vectors a, b y c , i tres angles α , β y γ.
nov-13 – Materials – Diap 13 de 31
nov-13 – Materials – Diap 14 de 31
DISLOCACIONS
Enduriment de metalls:
• Disminució de la mida del gra • Formació de solucions sòlides • Deformació en fred
nov-13 – Materials – Diap 15 de 31
PROPIETATS MECÀNIQUES
� Estudiades sobre sòlids
� Les ACCIONS generen ESFORÇOS a causa de les forces de cohesió
� Mesurades amb Assaigs
� Estudiades a Resistència de Materials
RESISTÈNCIA MECÀNICA:
⇒⇒⇒⇒ Capacitat d'un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se. ESFORÇ DE...
� Compressió
� Tracció
� Flexió
� Cissallament
� Torsió
nov-13 – Materials – Diap 16 de 31
COMPRESSIÓ
Coeficient de Poisson
Vinclament si esbelta
Resistent: Secció gran i poca esbeltessa
T=F/A
T, tensió [Pa] F, força [N] A, àrea [m2]
nov-13 – Materials – Diap 17 de 31
TRACCIÓ
Coeficient de Poisson Resistent: Secció gran
T=F/A
T, tensió [Pa] F, força [N] A, àrea [m2]
nov-13 – Materials – Diap 18 de 31
FLEXIÓ
Combinació de tracció i compressió.
Linia neutra
Resistent: Cantell gran i poca llargada
nov-13 – Materials – Diap 19 de 31
CISALLAMENT Resistent: Secció gran Poca deformació prèvia
nov-13 – Materials – Diap 20 de 31
TORSIÓ Deformació en espiral Resistent: Secció gran
nov-13 – Materials – Diap 21 de 31
MODELS DE DEFORMACIÓ I COMPORTAMENT MECÀNIC Deformació
elàstica (temporal)
plàstica (permanent)
Hi ha materials que...
...es trenquen sense grans deformacions (comportament fràgil)
...es deformen molt abans de trencar (comportament dúctil).
ASSAIGS L’ESTRUCTURA INTERNA determina…
…les PROPIETATS, que es mesuren amb…
…ASSAIGS
⇒⇒⇒⇒ Destructius ⇒⇒⇒⇒ No destructius
nov-13 – Materials – Diap 22 de 31
ASSAIG DE TRACCIÓ
nov-13 – Materials – Diap 23 de 31
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
A
F=σ
[ ]0L
L∆=ε
nE
TR
σσ =
nov-13 – Materials – Diap 24 de 31
Duresa: Resistència a ser ratllat o penetrat.
Al ratllat: Escala de Mohs (minerals):
nov-13 – Materials – Diap 25 de 31
ASSAIG BRINNELL (PENETRACIÓ)
A
FHBW 102,0=
HBW, duresa Brinnell [ ] F, Força del penetrador [N] A, Área del casquet esfèric deixat a la proveta [mm2]
2
(· 22
2111 DDDD
A−−Π
=
D1, diàmetre del penetrador [mm] D2, diàmetre de la marca [mm]
Duresa HBW D1/F/t
duresa / Resistència a la tracció (només acer):
HBWtracció ·45.3=σ
nov-13 – Materials – Diap 26 de 31
ASSAIG DE TENACITAT
Tenacitat: Resistència al xoc
Resiliència: Energia necessària per trencar un material d'un sol cop.
PÈNDOL DE CHARPY
A
EKCV c=
KCV o KCU1, Resiliència [ J/mm2] Ec, Energia consumida [ J ] A, secció de trencament [ mm2 ]
1 KCV o KCU segons la forma de la entalla
nov-13 – Materials – Diap 27 de 31
nov-13 – Materials – Diap 28 de 31
ASSAIG DE FATIGA
Fatiga. Sèries d’esforços alternatius en sentits oposats
Diagrama de Wohler
� Límit de fatiga. asíntota.
� Resistència a la fatiga per n cicles
� Resistència a la fatiga per S esforç
2 tipus de comportament
Procés de trencament
Augment de la resistència a la fatiga?
nov-13 – Materials – Diap 29 de 31
nov-13 – Materials – Diap 30 de 31
ASSAJOS NO DESTRUCTIUS MAGNÈTICS
Basats en la permeabilitat magnètica.
Per materials ferromagnètics
RAIGS X I GAMMA
Zones més denses dificulten el pas de la radiació.
Placa fotogràfica
Per materials no ferromagnètics
ULTRASONS
Emissió d’ultrasons (f>20.000 Hz) i
temps de tornada.
nov-13 – Materials – Diap 31 de 31
PROPIETATS TÈRMIQUES
CONDUCTIVITAT POTÈNCIA TÈRMICA
L
TtAQ
∆⋅⋅⋅= λ
Q, calor transmès [J] λ, conductivitat tèrmica [W/m·ºC] A, secció de contacte [m2] t, temps [s] ∆T, salt tèrmic [ºC o K] L, llargada [m]
t
QPT =
Pt, potència tèrmica [W] Q, calor transmès [J] t, temps [s]
DILATACIÓ Linial:
Lo: longitud inicial de la varilla, [m] Lf: longitud final de la varilla, [m] Tf: temperatura final de la varilla, [º C] To: temperatura inicial de la varilla, [º C] α: coeficiente de expansión térmica lineal del material, [º C -1]