Volem determinar la composició d’un aliatge bismut i cadmi que:
a) Es comenta a solidificar als 250º.
b) Es comença a fondre als 140º
c) Esta totalment líquid a partir dels 300º
d) Es fon totalment als 140º
a) 30% Bismut, 70% Cadmi ó 90% Bismut i 10% Cadmi
b) Tots
c) Tots els que superen el 10% de bismut.
d) Tots
dimarts, 29 de març del 2011
dijous, 24 de març del 2011
DURALUMINIO
El Duraluminio pertenece al grupo de los llamados aleaciones ligeras, que son aquellos aleaciones hechos a partir de aluminio. Las aleaciones ligeras pueden contener, además de aluminio, uno, dos o más elementos de aleación. Los elementos de aleación que intervienen principalmente son el cobre, el silicio, el magnesio, el manganeso y el zinc. También pueden intervenir otros elementos, como el níquel, el cromo, el cobalto y el titanio, pero siempre con proporciones inferiores al 1%.
Las aleaciones ligeras se pueden clasificar en función de la utilización industrial que se haga:
- Aleaciones ligeras para fusión y moldeo: especialmente destinados a la obtención de piezas por fusión y moldeo; como bloques motores, carburadores, etc.
- Aleaciones ligeras para forja y laminación: especialmente destinados a la fabricación de piezas por deformación en frío o en caliente, algunos admiten tratamientos térmicos como el temple y la recocido. Podemos encontrar aplicaciones típicas en la construcción aeronáutica y la naval.
El duraluminio, pertenece a este último grupo, y es uno de los aleaciones más utilizados. Su composición es de 95% aluminio, 4% de cobre, 0,5% de magnesio y 0,5% de manganeso. Esta aleación se trabaja en caliente (400 º C) para darle forma, después se somete a temple (calentamiento a 500 º C y enfriamiento rápido en agua) y posteriormente, después de unos cuatro días, se somete a recocido (400 º C) . Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas y una baja densidad.
Las aleaciones ligeras se pueden clasificar en función de la utilización industrial que se haga:
- Aleaciones ligeras para fusión y moldeo: especialmente destinados a la obtención de piezas por fusión y moldeo; como bloques motores, carburadores, etc.
- Aleaciones ligeras para forja y laminación: especialmente destinados a la fabricación de piezas por deformación en frío o en caliente, algunos admiten tratamientos térmicos como el temple y la recocido. Podemos encontrar aplicaciones típicas en la construcción aeronáutica y la naval.
El duraluminio, pertenece a este último grupo, y es uno de los aleaciones más utilizados. Su composición es de 95% aluminio, 4% de cobre, 0,5% de magnesio y 0,5% de manganeso. Esta aleación se trabaja en caliente (400 º C) para darle forma, después se somete a temple (calentamiento a 500 º C y enfriamiento rápido en agua) y posteriormente, después de unos cuatro días, se somete a recocido (400 º C) . Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas y una baja densidad.
ORO BLANCO
El oro blanco o electro es una aleación de oro y algún otro metal blanco, como la plata, paladio, o níquel, muchas veces recubierta de rodio de alto brillo (acabado espejo), debido al brillo ligeramente apagado del metal resultante en algunas mezclas. Esta aleación es muy usada en joyería, especialmente como alternativa barata para el platino, pues llega a costar un tercio de lo que costaría la misma cantidad de éste. Una mezcla que fue muy usada por un tiempo, contiene dos a cuatro partes de oro y una parte de plata. [cita requerida] No confundir con el platino, otro metal bastante más caro.
Quilates:
El oro en estado puro es el de 24 quilates, pero es demasiado dúctil y blando, por lo que no es adecuado en joyería. Según la Asociación Española de Joyeros, Plateros y Relojeros, el más utilizado en España es el de 18 quilates, conocido como 'oro de primera ley', y contiene un 75% de oro puro y un 25% de otros metales. La aleación más noble y costosa es con paladio, que lo aclara y le aporta un tono blancuzco, conocido como 'oro blanco', similar a cuando se emplea la plata.
Algunas personas (aproximadamente el 13,5%) son sensibles o alérgicas al oro blanco. Esto ocurre a causa de la reacción del níquel que contienen algunas aleaciones. Las reacciones suelen ser leves y son sólo erupciones. Sin embargo, actualmente se elaboran aleaciones que reducen las probabilidades de irritar la piel.
Quilates:
El oro en estado puro es el de 24 quilates, pero es demasiado dúctil y blando, por lo que no es adecuado en joyería. Según la Asociación Española de Joyeros, Plateros y Relojeros, el más utilizado en España es el de 18 quilates, conocido como 'oro de primera ley', y contiene un 75% de oro puro y un 25% de otros metales. La aleación más noble y costosa es con paladio, que lo aclara y le aporta un tono blancuzco, conocido como 'oro blanco', similar a cuando se emplea la plata.
Algunas personas (aproximadamente el 13,5%) son sensibles o alérgicas al oro blanco. Esto ocurre a causa de la reacción del níquel que contienen algunas aleaciones. Las reacciones suelen ser leves y son sólo erupciones. Sin embargo, actualmente se elaboran aleaciones que reducen las probabilidades de irritar la piel.
Problemes
El material amb que s'ha elaborat un objecte de bronze te la composició següent 91.8% Coure, 8% Estany, 0.2% Fosfor.
a) La quantitat de coure Mcu que conté l'objecte si te una massa de 3Kg.
b) La quantitat de Fosfor necessari per obtenir 1300Kg d'aliatge.
c) La quantitat d'añiatge que es pot obtenir amb sis Kg d'Estany.
a) La quantitat de coure Mcu que conté l'objecte si te una massa de 3Kg.
b) La quantitat de Fosfor necessari per obtenir 1300Kg d'aliatge.
c) La quantitat d'añiatge que es pot obtenir amb sis Kg d'Estany.
dilluns, 21 de març del 2011
El procés metal•lúrgic
De tots els materials utilitzats per l’esser humà, un dels mes importants per el desenvolupament tecnològic han estat els metalls. La seva obtenció no ha estat mai un procés fàcil. Per obtenir els metalls cal seguir un procés similar al següent:
Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metalls d’altres que l’acompanyen.
Metal•lúrgia: Separació del metall d’altres elements amb els quals el metall es troba combinat químicament.
Indústries Metàl•liques: elaboració del metall obtingut per l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
Per separar el metall d’altres elements calen processos químics aplicats amb temperatures elevades. En el cas dels òxids per exemple, cal un element que sigui capaç de combinar-se amb l’oxigen del mineral per tal d’aïllar el metall. Aquesta reacció química es coneix amb el nom de reducció.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca anomenada mena i per una altra part no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
El primer procés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components (mena i ganga). No sempre és econòmicament aprofitable la separació d’aquest metall.
Els aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat, tan elèctrica com tèrmica, una gran resistència mecànica, ser opacs i lluents i fondre’s a temperatures elevades.
Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre que es solidifica el metall la temperatura es constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant. No obstant això la temperatura dels aliatges no es fixa, depèn de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
---
Per a una determinada proporció de la mescla, es pot definir una temperatura per sota de la qual tot aliatge es trobarà en fase sòlida, un interval de temperatures en el que l’aliatge es trobarà en dues fases (sòlida+líquida) i una temperatura a partir de la qual tot l’aliatge es trobarà en fase líquida.
Hi ha aliatges que tenen un diagrama d’equilibri diferent de l’anterior. Es tracta d’aliatges en el que els components són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid.
En aquests aliatges els diagrames d’equilibri presenten una línia mínima a la línia de líquids. La proporció que correspon a aquest punt és molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix amb el nom de temperatura eutèctica.
Els aliatges de proporcions eutèctiques són importants :
• Temperatura de solidificació constant (en lloc de fer-lo amb un interval.
• La temperatura de solidificació o de fusió és la més baixa de totes les possibles amb els component que formen la mescla.
• Són mescles finíssimes i intimes de cristalls purs ideals per fabricar peces per a emmotllament perquè omplen millor els motllos i donen peces més homogènies.
Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:
El ferro i els seus aliatges
anomenem ferro a gran varietat d’aliatges però en realitat el ferro put no té aplicacions industrials ja que té les següents característiques:
– Punt de fusió: 1539 ºC.
– Color: blanc grisós.
– Densitat: 7.87 g/cm3.
– Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable.
– Altres propietats: és conductor i magnetitzable.
Industrialment s’anomena ferro pur l’aliatge ferro carbònic quan al contingut d’aquest últim és inferior al 0.03%. L’aplicació industrial del ferro pur és per les seves propietats magnètiques (xapes, per a nuclis de transformadors elèctrics).
Solidificació del ferro.
• Comença desde la fase líquida.
• Varietats al•lotròpiques:
– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.
– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal•lina.
– Beta: 1390 - 900 ºC.
– Alfa: 900 - 750 ºC.
Les varietats al•lotròpiques són les propietats que tenen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms. Aquestes propietats en el ferro es representen mitjançant les 4 primeres lletres de l’alfabet grec.
Aliatges ferro-carbònic
La combinació del ferro en una de les varietats al•lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Els productes siderúrgics: acers i fosses.
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i fosses. Són acers el aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre el 0.1 i 1.76%, i fosses quan el contingut de carboni esta entre el 1.76 i 6.67% + silici. Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
• Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats d’un motllo i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
• Emmotllament: introducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmuntar-lo un cop sòlid.
En general es pot dir que l’acer es forjable i fon a temperatures elevades per sobre de 1400ºC. En canvi, la fossa no es forjable, fon a temperatures més baixes 1130ºC.
Els elements d’aliatges s’afegeixen voluntàriament per millorar les propietats de l’aliatge (crom, vanadi, níquel)
Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant el procés de l’aliatge i provoquen un empitjorament de les propietats, s’anomenen impureses (antimoni, arsènic, estany, hidrogen, oxigen)
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer.
El ferro és després de l’alumini el metall més abundant de l’escorça terrestre. Es troba combinat amb minerals formant diferents compostos químics.
Com que el ferro es troba en el mineral en forma oxidada en el procés d’obtenció del ferro haurem de separar l’oxigen del metall, aquesta operació s’anomena reducció del metall. El principal element reductor en siderúrgia es el carboni.
La obtenció de l’acer i les fosses és un procés que consta de dues fases. La primera comença amb la seva obtenció i la segona amb les seves respectives separacions.
Obtenció de l’acer
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat de l’alt forn. També conté moltes impureses que el fan més fràgil (fòsfor) i mal•leable(sofre).
Per aquest procés es poden utilitzar dues instal•lacions (l’una o l’altra)
1.- Convertidor: s’introdueix el ferro colat líquid (no hi ha escalfament extern ni combustió del carbó)
2.- Forn: hi ha un escalfament extern amb l’ajuda de la combustió d’un gas o per la producció d’un arc voltaic (forn elèctric)
Convertidor d’oxigen.
Recipient cilíndric i tronc cònic revestit interiorment per ceràmica refractària.
Procés: s’introdueix el ferro colat, ferralla i calç (òxid de calci) i s’injecta oxigen a pressió. (això disminueix el contingut de carboni i impureses al ferro colat.
El ferro colat es combina amb l’oxigen i desprèn calor. El silici es combina amb l’oxigen i ens dona l’escòria. El fòsfor combinat amb l’oxigen i després amb la calç ens dona origen a l’escòria. Amb el calor que es produeix els materials es mantenen líquids durant tot el procés. Durant el procés podem regular els materials per obtenir l’acer que es vol. (afegint mes o menys ferralla i/o calç.) L’escòria s’utilitza per fertilitzar els camps de conreu.
El forn elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua internament recobert per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals se’ls aplica un fort corrent elèctric.
Procés: dins del forn s'introdueixen totes les matèries (ferro colat en estat líquid, ferralla i calç).
- Ferralla: ens aporta l'oxigen necessari, perquè és ferro oxidat.
- Calç: ens aporta el silici per formar l'escòria.
Apliquem descàrregues elèctriques per augmentar la temperatura. Afegim o traiem més ferralla i/o més calç per assolir l'acer desitjat. Colem l'acer en motlles.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i composició de l'acer.
Formes comercials dels acers
Quan surten del convertidor o els forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats cal solidificar-los amb la forma adequada. Per a fer-lo hi ha dos procediments:
• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D’aquesta manera s’obté un lingot.
• Colar-los en uns canals per on donem forma de barra de secció rectangular mentre circulen fins a la secció de laminatge, on es deixen refredar totalment.
Actualment el primer procediment està en desús. El segon procés estalvia energia ja que no cal escalfar l’acer dos cops. Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades, hi ha organismes internacionals que fixen les característiques d’aquest productes i els donen una denominació per distingir-los.
Les indicacions següents serveixen per interpretar la informació subministrada pel fabricant:
Densitat lineal: massa que té el perfil per unitat de llargària. G (kg/m)
Secció del perfil: la superfície de tall transversal. A(mm2)
Superfície lineal: la superfície total exterior per cada unitat de llargària. AL (m2/m)
Superfície màssica: la superfície total exterior per cada tona de massa. Ag (m2/t)
4- Tractaments tèrmics.
La importància de l’acer en el món de la indústria està justificada ja que és un material que ens proporciona una gran varietat de propietats amb el mateix material. Una gran part d’aquestes propietats es deguda als tractaments tèrmics (tractament en que es sotmet l’acer a uns canvis controlats de temperatura). Hi ha 4 tipus:
• El tremp: s’utilitza per aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica, du una gran proporció de martensita. La martensita és un constituent. El tractament del tremp consisteix en escalfar l’acer fins que es transforma en austenita. I refredament ràpid perquè tota austenita es transformi en martensita.
segons la velocitat de refredament es fan servir diversos mitjans: aigua, minerals, plom fos, mercuri, sals fosses, aire a temperatura ambient.
• Revingut: s’augmenta la tenacitat i es disminueixen les tensions internes, però es redueixen la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic. Escalfament a temperatures inferior al 723ºC i un refredament posterior a l’aire.
S’aconsegueix:
o Tenacitat.
o Reducció de tensions internes.
o Menys duresa, resistència mecànica i límit elàstic.
• Recuita: serveix per disminuir la duresa i augmentar la plasticitat. Consisteix en escalfar a temperatura elevada i refredar lentament. Es diferencien 4 tipus de recuita segons la temperatura màxima a la que ha estat sotmesa i la velocitat de refredament.
o De regeneració: carboni > 0.6%
o Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació d’austenita.
o Estovament: Similar al revingut però en peces no trempades prèviament. Resistència.
o Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de conformació en fred.
*S’utilitza per:
– Disminuir la duresa.
– Augmentar la plasticitat.
• Fàcilment deformable i, per tant, treballable
• Normalitzat: tractament que només s’aplica als acers amb un baix continngut de carboni (0.15% i 0.5%). Serveix per suprimir tensions internes i serveis per reduir la gràndaria dels grans de l’hacer millorant les seves propietats mecàniques.
----
.
Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metalls d’altres que l’acompanyen.
Metal•lúrgia: Separació del metall d’altres elements amb els quals el metall es troba combinat químicament.
Indústries Metàl•liques: elaboració del metall obtingut per l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
Per separar el metall d’altres elements calen processos químics aplicats amb temperatures elevades. En el cas dels òxids per exemple, cal un element que sigui capaç de combinar-se amb l’oxigen del mineral per tal d’aïllar el metall. Aquesta reacció química es coneix amb el nom de reducció.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca anomenada mena i per una altra part no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
El primer procés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components (mena i ganga). No sempre és econòmicament aprofitable la separació d’aquest metall.
Els aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat, tan elèctrica com tèrmica, una gran resistència mecànica, ser opacs i lluents i fondre’s a temperatures elevades.
Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre que es solidifica el metall la temperatura es constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant. No obstant això la temperatura dels aliatges no es fixa, depèn de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
---
Per a una determinada proporció de la mescla, es pot definir una temperatura per sota de la qual tot aliatge es trobarà en fase sòlida, un interval de temperatures en el que l’aliatge es trobarà en dues fases (sòlida+líquida) i una temperatura a partir de la qual tot l’aliatge es trobarà en fase líquida.
Hi ha aliatges que tenen un diagrama d’equilibri diferent de l’anterior. Es tracta d’aliatges en el que els components són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid.
En aquests aliatges els diagrames d’equilibri presenten una línia mínima a la línia de líquids. La proporció que correspon a aquest punt és molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix amb el nom de temperatura eutèctica.Els aliatges de proporcions eutèctiques són importants :
• Temperatura de solidificació constant (en lloc de fer-lo amb un interval.
• La temperatura de solidificació o de fusió és la més baixa de totes les possibles amb els component que formen la mescla.
• Són mescles finíssimes i intimes de cristalls purs ideals per fabricar peces per a emmotllament perquè omplen millor els motllos i donen peces més homogènies.
Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:
El ferro i els seus aliatges
anomenem ferro a gran varietat d’aliatges però en realitat el ferro put no té aplicacions industrials ja que té les següents característiques:
– Punt de fusió: 1539 ºC.
– Color: blanc grisós.
– Densitat: 7.87 g/cm3.
– Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable.
– Altres propietats: és conductor i magnetitzable.
Industrialment s’anomena ferro pur l’aliatge ferro carbònic quan al contingut d’aquest últim és inferior al 0.03%. L’aplicació industrial del ferro pur és per les seves propietats magnètiques (xapes, per a nuclis de transformadors elèctrics).
Solidificació del ferro.
• Comença desde la fase líquida.
• Varietats al•lotròpiques:
– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.
– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal•lina.
– Beta: 1390 - 900 ºC.
– Alfa: 900 - 750 ºC.
Les varietats al•lotròpiques són les propietats que tenen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms. Aquestes propietats en el ferro es representen mitjançant les 4 primeres lletres de l’alfabet grec.
Aliatges ferro-carbònic
La combinació del ferro en una de les varietats al•lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Els productes siderúrgics: acers i fosses.
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i fosses. Són acers el aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre el 0.1 i 1.76%, i fosses quan el contingut de carboni esta entre el 1.76 i 6.67% + silici. Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
• Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats d’un motllo i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
• Emmotllament: introducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmuntar-lo un cop sòlid.
En general es pot dir que l’acer es forjable i fon a temperatures elevades per sobre de 1400ºC. En canvi, la fossa no es forjable, fon a temperatures més baixes 1130ºC.
Els elements d’aliatges s’afegeixen voluntàriament per millorar les propietats de l’aliatge (crom, vanadi, níquel)
Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant el procés de l’aliatge i provoquen un empitjorament de les propietats, s’anomenen impureses (antimoni, arsènic, estany, hidrogen, oxigen)
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer.
El ferro és després de l’alumini el metall més abundant de l’escorça terrestre. Es troba combinat amb minerals formant diferents compostos químics.
Com que el ferro es troba en el mineral en forma oxidada en el procés d’obtenció del ferro haurem de separar l’oxigen del metall, aquesta operació s’anomena reducció del metall. El principal element reductor en siderúrgia es el carboni.
La obtenció de l’acer i les fosses és un procés que consta de dues fases. La primera comença amb la seva obtenció i la segona amb les seves respectives separacions.
Obtenció de l’acer
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat de l’alt forn. També conté moltes impureses que el fan més fràgil (fòsfor) i mal•leable(sofre).
Per aquest procés es poden utilitzar dues instal•lacions (l’una o l’altra)
1.- Convertidor: s’introdueix el ferro colat líquid (no hi ha escalfament extern ni combustió del carbó)
2.- Forn: hi ha un escalfament extern amb l’ajuda de la combustió d’un gas o per la producció d’un arc voltaic (forn elèctric)
Convertidor d’oxigen.
Recipient cilíndric i tronc cònic revestit interiorment per ceràmica refractària.
Procés: s’introdueix el ferro colat, ferralla i calç (òxid de calci) i s’injecta oxigen a pressió. (això disminueix el contingut de carboni i impureses al ferro colat.
El ferro colat es combina amb l’oxigen i desprèn calor. El silici es combina amb l’oxigen i ens dona l’escòria. El fòsfor combinat amb l’oxigen i després amb la calç ens dona origen a l’escòria. Amb el calor que es produeix els materials es mantenen líquids durant tot el procés. Durant el procés podem regular els materials per obtenir l’acer que es vol. (afegint mes o menys ferralla i/o calç.) L’escòria s’utilitza per fertilitzar els camps de conreu.
El forn elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua internament recobert per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals se’ls aplica un fort corrent elèctric.
Procés: dins del forn s'introdueixen totes les matèries (ferro colat en estat líquid, ferralla i calç).
- Ferralla: ens aporta l'oxigen necessari, perquè és ferro oxidat.
- Calç: ens aporta el silici per formar l'escòria.
Apliquem descàrregues elèctriques per augmentar la temperatura. Afegim o traiem més ferralla i/o més calç per assolir l'acer desitjat. Colem l'acer en motlles.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i composició de l'acer.
Formes comercials dels acers
Quan surten del convertidor o els forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats cal solidificar-los amb la forma adequada. Per a fer-lo hi ha dos procediments:
• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D’aquesta manera s’obté un lingot.
• Colar-los en uns canals per on donem forma de barra de secció rectangular mentre circulen fins a la secció de laminatge, on es deixen refredar totalment.
Actualment el primer procediment està en desús. El segon procés estalvia energia ja que no cal escalfar l’acer dos cops. Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades, hi ha organismes internacionals que fixen les característiques d’aquest productes i els donen una denominació per distingir-los.
Les indicacions següents serveixen per interpretar la informació subministrada pel fabricant:
Densitat lineal: massa que té el perfil per unitat de llargària. G (kg/m)
Secció del perfil: la superfície de tall transversal. A(mm2)
Superfície lineal: la superfície total exterior per cada unitat de llargària. AL (m2/m)
Superfície màssica: la superfície total exterior per cada tona de massa. Ag (m2/t)
4- Tractaments tèrmics.
La importància de l’acer en el món de la indústria està justificada ja que és un material que ens proporciona una gran varietat de propietats amb el mateix material. Una gran part d’aquestes propietats es deguda als tractaments tèrmics (tractament en que es sotmet l’acer a uns canvis controlats de temperatura). Hi ha 4 tipus:
• El tremp: s’utilitza per aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica, du una gran proporció de martensita. La martensita és un constituent. El tractament del tremp consisteix en escalfar l’acer fins que es transforma en austenita. I refredament ràpid perquè tota austenita es transformi en martensita.
segons la velocitat de refredament es fan servir diversos mitjans: aigua, minerals, plom fos, mercuri, sals fosses, aire a temperatura ambient.
• Revingut: s’augmenta la tenacitat i es disminueixen les tensions internes, però es redueixen la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic. Escalfament a temperatures inferior al 723ºC i un refredament posterior a l’aire.
S’aconsegueix:
o Tenacitat.
o Reducció de tensions internes.
o Menys duresa, resistència mecànica i límit elàstic.
• Recuita: serveix per disminuir la duresa i augmentar la plasticitat. Consisteix en escalfar a temperatura elevada i refredar lentament. Es diferencien 4 tipus de recuita segons la temperatura màxima a la que ha estat sotmesa i la velocitat de refredament.
o De regeneració: carboni > 0.6%
o Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació d’austenita.
o Estovament: Similar al revingut però en peces no trempades prèviament. Resistència.
o Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de conformació en fred.
*S’utilitza per:
– Disminuir la duresa.
– Augmentar la plasticitat.
• Fàcilment deformable i, per tant, treballable
• Normalitzat: tractament que només s’aplica als acers amb un baix continngut de carboni (0.15% i 0.5%). Serveix per suprimir tensions internes i serveis per reduir la gràndaria dels grans de l’hacer millorant les seves propietats mecàniques.
----
.
Índex
1; El procés metal•lúrgic.
• -Els minerals.
• -Aliatges.
• -Solidificació dels aliatges
• -Els productes metal•lúrgics.
• -El ferro i els seus aliatges.
• -La solidificació del ferro
• -Els aliatges ferro-carboni
• -Els productes siderúrgics: acers i foses.
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro i de l’acer.
• -Obtenció del ferro colat: l’alt forn.
• -Obtenció de l’acer.
• -El convertidor d'oxigen
• -El forn elèctric
3; Formes comercials dels acers.
4; Tractaments tèrmics.
• -El Tremp.
• -El revingut.
• -La recuita.
• -El normalitzat.
• -Els minerals.
• -Aliatges.
• -Solidificació dels aliatges
• -Els productes metal•lúrgics.
• -El ferro i els seus aliatges.
• -La solidificació del ferro
• -Els aliatges ferro-carboni
• -Els productes siderúrgics: acers i foses.
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro i de l’acer.
• -Obtenció del ferro colat: l’alt forn.
• -Obtenció de l’acer.
• -El convertidor d'oxigen
• -El forn elèctric
3; Formes comercials dels acers.
4; Tractaments tèrmics.
• -El Tremp.
• -El revingut.
• -La recuita.
• -El normalitzat.
dimarts, 15 de març del 2011
Moodle
EXCERCICI 1
Apartat a
G tub= m·g= 14,18N
m=p·V=1,5Kg
o=F/A=
F=2600/96,6
F=26,91MPa
Apartat b
No es desformaria, ja que no supera el límit elàstic.
Apartat c
ACTIVITAT 2
ACTIVITAT 3
ACTIVITAT 5
La peça més adecuada és la peça 5.
ACTIVITAT 6
El tiani, degut a que el seu límit elàstic és mes alt.
ACTIVITAT 7
Encara que l'alumini sigui millor conductor, utilitzariem el llautó, ja que el seu percentatge d'allargament és més alt en el cas del llautó que no pas en el de l'alumini.
Examen
S'ha realitzat un assaig de duresa HBW (20/5000/15) sobre un material i hem obtingut una marca de O= 7,82.
a) Quina es la duresa d'aquest material?
b) De quin material pot tractar-se?
a)
Aplicant aquesta formula ens donarà 50,02 que després ho aplicarem a la de l'assaig de brinell
HBW= 5000/50,02= 99,96 la força aplicada amb la constant partit els 50,02 de la formula anterior donant així 99,96
b) El material és el bronze
2. Com es detecten els defectes en l'assaig per ultrasons?
S’utilitzen quan tenim un material no ferromagnètic o també peces molts gruixudes, en les quals el defecte pot estar molt allunyat de la superfície. Una solució seria la utilització dels raig x o gamma que són molt penetrants.
Aquests assaig consisteix en llençar una radiació de raigs x o gamma a través de la peça que es vol analitzar, que després de travessar-la la impressiona una placa fotogràfica per obtenir una radiografia.
Com cada material absorbeix la radiació de manera diferent, per tant tenen un grau d’absorció diferent, així detectem els defectes.
Si la peça no té defectes, la placa quedarà uniformement impressionada. En canvi, si hi ha defectes en la placa, hi hauran algunes zones amb més intensitat que unes altres, perquè la radiació serà absorbida amb més o menys intensitat.
3.Què és la duresa?
És la resistència que te un material a ser ratllat.
4. Explica en que consisteix l'assaig de Charpy:
L'assaig de Charpy consisteix en col•locar una peça amb una muesca sota un pèndol que puja fins a una certa altura. després es deixa caure el pèndol que te una massa de 22 Kg i es deixa que trenqui la peça que estava situada a la part mes baixa per on passa el pèndol.
La duresa del material es mesurarà amb la diferencia d'alçades, entre la inicial i la final.
5. Indica les parts del diagrama de tracció (fes la grafica i explica els punts importants)
La zona elàstica és la zona en que quan dèiem d'estirar el material torna a la seva posició original.
La fluència és el punt que el material ja no torna a la seva posició original.
L'enduriment és la zona en que el material és torna a endurir però tampoc torna a la seva posició original.
A la fase d'estricció i trencament el material ja no necessita tanta força per ser deformat i en la que finalment es trencarà.
6. Quin és el grau de duresa Brinell d'un material al qual se li ha aplicat una força de 2600N i la superfícies de la marca deixada sobre la proveta és de 2mm2?
HBW=0,102• 2600/2 = 132,6
7. Què és el límit de fatiga?
El límit de fatiga son les infinites vegades que pot aguantar un material una força sense trencar-se.
Per exemple un calaix amb un cert pes dins seu pot haver estat dissenyat per aguantar un cert nombre d'obertures i tancaments. Això dut a un material es pot escenificar amb el número de cops que pot aguantar sense trencar-se. també pot donar-se el cas que si apliquem cops però no superem la força necessària per trencar-lo no es trenqui mai.
8. Què és la dilatació tèrmica?
La dilatació tèrmica ve produïda quan un material s'escalfa, e dilata, es fa mes gran. Això ve provocat per una agitació de les seves partícules.
9. El coeficient de dilatació tèrmica del llautó (70%Cu,30%Zn) és α=20•10-3ºC-1.
Quin és l'increment de llargada d'una barra d'un metre si la temperatura s'incrementa 100ºC?
ΔL/Lo= α•ΔT
ΔL/1 = 20•10-6•100
ΔL/1 = 2mm
10. La gràfica següent representa el resultat d'un assaig de fatiga. Determina:
a) La resistència a la fatiga per a 108 cicles de treball.
b) La vida a la fatiga per esforços màxims de 400MPa
c) El límit de fatiga del material.
d) Que li passarà al material si li apliquem un esforça de 250 MPa que repetim durant 107 cicles de treball.
e) Que li passarà al material si li apliquem un esforç de 350 MPa durant 109 cicles de treball?
a) 250 Mpa
b) 106 cicles
c) No té
d) No li passarà res, ni es trencarà ni res perquè amb esforços de 250MPa pot arribar a suportar fins a 109 cicles.
e) El material es farà mal bé (com ara trencar-se) ja que en el cas d’aquest material un esforç de 350 MPa només pot suportar 107 cicles.
a) Quina es la duresa d'aquest material?
b) De quin material pot tractar-se?
a)
Aplicant aquesta formula ens donarà 50,02 que després ho aplicarem a la de l'assaig de brinell
HBW= 5000/50,02= 99,96 la força aplicada amb la constant partit els 50,02 de la formula anterior donant així 99,96
b) El material és el bronze
2. Com es detecten els defectes en l'assaig per ultrasons?
S’utilitzen quan tenim un material no ferromagnètic o també peces molts gruixudes, en les quals el defecte pot estar molt allunyat de la superfície. Una solució seria la utilització dels raig x o gamma que són molt penetrants.
Aquests assaig consisteix en llençar una radiació de raigs x o gamma a través de la peça que es vol analitzar, que després de travessar-la la impressiona una placa fotogràfica per obtenir una radiografia.
Com cada material absorbeix la radiació de manera diferent, per tant tenen un grau d’absorció diferent, així detectem els defectes.
Si la peça no té defectes, la placa quedarà uniformement impressionada. En canvi, si hi ha defectes en la placa, hi hauran algunes zones amb més intensitat que unes altres, perquè la radiació serà absorbida amb més o menys intensitat.
3.Què és la duresa?
És la resistència que te un material a ser ratllat.
4. Explica en que consisteix l'assaig de Charpy:
L'assaig de Charpy consisteix en col•locar una peça amb una muesca sota un pèndol que puja fins a una certa altura. després es deixa caure el pèndol que te una massa de 22 Kg i es deixa que trenqui la peça que estava situada a la part mes baixa per on passa el pèndol.
La duresa del material es mesurarà amb la diferencia d'alçades, entre la inicial i la final.
5. Indica les parts del diagrama de tracció (fes la grafica i explica els punts importants)
La zona elàstica és la zona en que quan dèiem d'estirar el material torna a la seva posició original.
La fluència és el punt que el material ja no torna a la seva posició original.
L'enduriment és la zona en que el material és torna a endurir però tampoc torna a la seva posició original.
A la fase d'estricció i trencament el material ja no necessita tanta força per ser deformat i en la que finalment es trencarà.
6. Quin és el grau de duresa Brinell d'un material al qual se li ha aplicat una força de 2600N i la superfícies de la marca deixada sobre la proveta és de 2mm2?
HBW=0,102• 2600/2 = 132,6
7. Què és el límit de fatiga?
El límit de fatiga son les infinites vegades que pot aguantar un material una força sense trencar-se.
Per exemple un calaix amb un cert pes dins seu pot haver estat dissenyat per aguantar un cert nombre d'obertures i tancaments. Això dut a un material es pot escenificar amb el número de cops que pot aguantar sense trencar-se. també pot donar-se el cas que si apliquem cops però no superem la força necessària per trencar-lo no es trenqui mai.
8. Què és la dilatació tèrmica?
La dilatació tèrmica ve produïda quan un material s'escalfa, e dilata, es fa mes gran. Això ve provocat per una agitació de les seves partícules.
9. El coeficient de dilatació tèrmica del llautó (70%Cu,30%Zn) és α=20•10-3ºC-1.
Quin és l'increment de llargada d'una barra d'un metre si la temperatura s'incrementa 100ºC?
ΔL/Lo= α•ΔT
ΔL/1 = 20•10-6•100
ΔL/1 = 2mm
10. La gràfica següent representa el resultat d'un assaig de fatiga. Determina:
a) La resistència a la fatiga per a 108 cicles de treball.
b) La vida a la fatiga per esforços màxims de 400MPa
c) El límit de fatiga del material.
d) Que li passarà al material si li apliquem un esforça de 250 MPa que repetim durant 107 cicles de treball.
e) Que li passarà al material si li apliquem un esforç de 350 MPa durant 109 cicles de treball?
a) 250 Mpa
b) 106 cicles
c) No té
d) No li passarà res, ni es trencarà ni res perquè amb esforços de 250MPa pot arribar a suportar fins a 109 cicles.
e) El material es farà mal bé (com ara trencar-se) ja que en el cas d’aquest material un esforç de 350 MPa només pot suportar 107 cicles.
dilluns, 14 de març del 2011
Problemes
Calcula la tensió normal de tracció que estan sotmesos els elements dels apartats seguents que han de soportar el pes d'una marquesina de massa m= 780kg.
a) Barra de secció rectarngualr 10x15
b) Tub de diamtere 45mm amb gruix de 2mm
c) Tub de secció rectangular de 200x80 i gruis de 1.5 mm
RESOLUCIÓ:
a) σ= F/A (780 •9.8) / (10•15) =50.96N/mm2
b) σ= F/A (780 •9.8) / (π•22.5 – π • 20.5)=28.3 N/mm2
c) σ= F/A (780 •9.8) / (200•80- 197• 77) = 9.199 N/mm2
---
Enumera els factors que cal tenir presents a l’hora de triar l’assaig de defecte mes adequat en cada cas.
Segons el gruix del material, si es ferro magnètic, segons el cost del material o el pressupost que tinguem, el lloc on esta localitzada la peça a analitzar.
---
Explica el significat tecnològic de les afirmacions següents:
•El material per fabricar l’eix de transmissió ha de tenir una resistència a la fatiga de 600MPa per a 5 •106 cicles.
•La palanca ha de suportar esforços màxims de 150 MPa, ens cal fer-la d’un material que tingui una vida a la fatiga de 108 cicles per aquests esforços.
•La peça no s’hauria trencat mai si no s’hagués sotmès a esforços superiors a 300MPa.
1)Aquest material aguantarà esforços de 600MPa sense trencar-se sempre que siguin cicles inferiors a 106.
2)Quan la palanca arribi a 108 cops la palanca es trencarà amb un esforç de 150MPa.
3)Que si no es supera els 300MPa no s’hauria de trencar mai la peça.
---
Desprès de realitzar un assaig de duresa de Brinell en una probeta de gruix 20mm, observes que la marca deixada per la vola de un diametre de 1.73mm. si a l'assaig has aplicat la força de 1170N i per un temps de 15 segos, amb un penetrador de diametre 10mm, determina quina es la duresa segons la prova de Brinell. de quin material podria tractar-se?
A = 2.356
HBW = 0.102 · 1170/2.356 = 50.65
El material és el llautò
---
L'acer de les vies del ferrocarril té un coeficient de dilatacio termika de 18.7x10-6 ºC-1. si a la temperatura de 20ºC una carril té una llargàroa de 140m calcula al dif de llargaries kes produeix entre 1dia d'hivern 4º i un dia d'estiu a 28º.
Solució:
ΔL/Lo = α ・ ΔT
---
En un assaig charpy s’utilitza una proveta de secció quadrada de costats l1=10mm amb una entalla de l2=2mm. El pèndol assoleix una alçada màxima h’ de 140 mm després de tancar la proveta. Calcula el valor de resiliència k del material assajat si h=400mm.
K=Ec/A
K= mgh/A= -56.11/80= 0.7=701.4J/mm
Ec=Ep
Ec=mgh’-mgh= -56.11J
---
Enumera els factors que cal tenis presents a l’hora de triar l’assaig de defecte més adequat a cada cas.
Utilitzaríem raigs X o raigs gamma en cas de materials no ferromagnètics o materials molt gruixuts. En el cas de que siguin molt gruixuts també podríem utilitzar els ultrasons. Segons el pressupost utilitzem un assaig o un altre, ja que els ultrasons són molt més cars. Segons la ubicació de la proveta o el material.
---
Quin és l’assaig no destructiu més adequat per a detectar defectes en una peça d’alumini molt gruixuda? Justifica la resposta.
Com l’alumini és un material que no és ferromagnètic i és molt gruixut hauríem d’utilitzar raig X o raig gamma, degut al seu grossor.
---
Apartir dels valors mostrats a la taula de dades de l’assaig de traccio, indica quin o quins dels metalls:
a) Són mes rígids: acers, ferro i níquel.
b) Presenten un comportament mes dúctil: cautxú i polietilè.
c) Són mes elàstics: els acers.
d) Són mes lleugers: polipropilè, polietilè i cautxú
e) Tenen una resistència mecànica mes elevada: els acers i el níquel.
---
En el gràfic es representen dues corbes S-N, per a dor materials diferents a i b
a)Quin es el límit de fatiga de cadascun dels materials
b)Quina es la resistència a la fatiga del material A per a deumil cicles.
c)Quina es la resistencia a la fatiga del material B per a 100 milions de cicles
d)Quina es la vida a la fatiga del material B per un esforços de 600 N/mm2
e)Que li passarà al material A si li apliquem esforços de 400 N/mm2 durant mil milions de cicles
~Contesta seguint la taula que aparèix a continuació:
a) Material A=400MPa
Material B=no té limit de fatiga.
b) 600 MPa
c) 300 MPa
d) Entre deu mil i cent mil cicles.
e) No li passarà res perquè es el seu limit de fatiga i per tant no importen els cicles, ja que el material aguantarà infinitament.
a) Barra de secció rectarngualr 10x15
b) Tub de diamtere 45mm amb gruix de 2mm
c) Tub de secció rectangular de 200x80 i gruis de 1.5 mm
RESOLUCIÓ:
a) σ= F/A (780 •9.8) / (10•15) =50.96N/mm2
b) σ= F/A (780 •9.8) / (π•22.5 – π • 20.5)=28.3 N/mm2
c) σ= F/A (780 •9.8) / (200•80- 197• 77) = 9.199 N/mm2
---
Enumera els factors que cal tenir presents a l’hora de triar l’assaig de defecte mes adequat en cada cas.
Segons el gruix del material, si es ferro magnètic, segons el cost del material o el pressupost que tinguem, el lloc on esta localitzada la peça a analitzar.
---
Explica el significat tecnològic de les afirmacions següents:
•El material per fabricar l’eix de transmissió ha de tenir una resistència a la fatiga de 600MPa per a 5 •106 cicles.
•La palanca ha de suportar esforços màxims de 150 MPa, ens cal fer-la d’un material que tingui una vida a la fatiga de 108 cicles per aquests esforços.
•La peça no s’hauria trencat mai si no s’hagués sotmès a esforços superiors a 300MPa.
1)Aquest material aguantarà esforços de 600MPa sense trencar-se sempre que siguin cicles inferiors a 106.
2)Quan la palanca arribi a 108 cops la palanca es trencarà amb un esforç de 150MPa.
3)Que si no es supera els 300MPa no s’hauria de trencar mai la peça.
---
Desprès de realitzar un assaig de duresa de Brinell en una probeta de gruix 20mm, observes que la marca deixada per la vola de un diametre de 1.73mm. si a l'assaig has aplicat la força de 1170N i per un temps de 15 segos, amb un penetrador de diametre 10mm, determina quina es la duresa segons la prova de Brinell. de quin material podria tractar-se?
A = 2.356
HBW = 0.102 · 1170/2.356 = 50.65
El material és el llautò
---
L'acer de les vies del ferrocarril té un coeficient de dilatacio termika de 18.7x10-6 ºC-1. si a la temperatura de 20ºC una carril té una llargàroa de 140m calcula al dif de llargaries kes produeix entre 1dia d'hivern 4º i un dia d'estiu a 28º.
Solució:
ΔL/Lo = α ・ ΔT
---
En un assaig charpy s’utilitza una proveta de secció quadrada de costats l1=10mm amb una entalla de l2=2mm. El pèndol assoleix una alçada màxima h’ de 140 mm després de tancar la proveta. Calcula el valor de resiliència k del material assajat si h=400mm.
K=Ec/A
K= mgh/A= -56.11/80= 0.7=701.4J/mm
Ec=Ep
Ec=mgh’-mgh= -56.11J
---
Enumera els factors que cal tenis presents a l’hora de triar l’assaig de defecte més adequat a cada cas.
Utilitzaríem raigs X o raigs gamma en cas de materials no ferromagnètics o materials molt gruixuts. En el cas de que siguin molt gruixuts també podríem utilitzar els ultrasons. Segons el pressupost utilitzem un assaig o un altre, ja que els ultrasons són molt més cars. Segons la ubicació de la proveta o el material.
---
Quin és l’assaig no destructiu més adequat per a detectar defectes en una peça d’alumini molt gruixuda? Justifica la resposta.
Com l’alumini és un material que no és ferromagnètic i és molt gruixut hauríem d’utilitzar raig X o raig gamma, degut al seu grossor.
---
Apartir dels valors mostrats a la taula de dades de l’assaig de traccio, indica quin o quins dels metalls:
a) Són mes rígids: acers, ferro i níquel.
b) Presenten un comportament mes dúctil: cautxú i polietilè.
c) Són mes elàstics: els acers.
d) Són mes lleugers: polipropilè, polietilè i cautxú
e) Tenen una resistència mecànica mes elevada: els acers i el níquel.
---
En el gràfic es representen dues corbes S-N, per a dor materials diferents a i b
a)Quin es el límit de fatiga de cadascun dels materials
b)Quina es la resistència a la fatiga del material A per a deumil cicles.
c)Quina es la resistencia a la fatiga del material B per a 100 milions de cicles
d)Quina es la vida a la fatiga del material B per un esforços de 600 N/mm2
e)Que li passarà al material A si li apliquem esforços de 400 N/mm2 durant mil milions de cicles
~Contesta seguint la taula que aparèix a continuació:
a) Material A=400MPa
Material B=no té limit de fatiga.
b) 600 MPa
c) 300 MPa
d) Entre deu mil i cent mil cicles.
e) No li passarà res perquè es el seu limit de fatiga i per tant no importen els cicles, ja que el material aguantarà infinitament.
dissabte, 12 de març del 2011
Propietats tèrmiques
Indiquen el comportament dels materials davant la calor. Hi ha dues propietats tèrmiques importants: la conductivitat tèrmica i la dilatació tèrmica.
ºF=1.8xºC+32
ºC= 5/9 x(ºF-32)
Conductivitat tèrmica.
És la facilitat que ofereix un material per permetre elf lux d’energia tèrmica a través seu. És una propietat característica de cada material.
Intuïtivament podem dir que el flux d’energia depèn de:
•Tipus de material (la conductivitat).
•Diferència de temperatura entre els ambients.
•Temps d’exposició.
•Superfície de contacte entre els dos ambients.
•El gruix del material.
Aquestes magnituds es relacionen amb la fórmula següent:
Q=λ A•t•ΔT/L
Q (fluix d’energia o quantitat de calor transmès) -Joules-
Λ (conductivitat tèrmica )-W/m•K-
A (secció o superfície de contacte) –m2-
t (temps) –segons-
T(temperatura )-kelvin-
L (grossor del material) –metres-
També podem determinar la potència tèrmica, a partir de la potència tèrmica (Q/t)
Pt= λ A• ΔT• Q/ L
Dilatació tèrmica.
És un fenomen que provoca l’augment de les dimensions dels materials, especialment dels metalls quan augmenta la temperatura.
Intuïtivament podem dir que dependrà de la naturalesa de cada material i del l’increment de temperatura. Cada material té un coeficient diferent de dilatació. Segons les dimensions de l’objecte hi ha tres tipus de dilatacions:
•Dilatació lineals, si considerem una dimensió (longitud)
•Dilatació superficial, si considerem dues dimensions (superfície)
•Dilatació cúbica, si considerem les tres dimensions (volum)
En el cas de la dilatació lineal es pot calcular amb la fórmula:
ΔL/Lo = α•ΔT
Cada material té un valor de dilatació propi, el qual està tabulat mitjançant el coeficient de dilatació lineal. (Normalment vàlid entre 20º i 100º).
Material ; Coeficient de dilatació lineal α
Alumini: 23.6x10-6
Coure: 16.5x10-6
Níquel: 13.3x10-6
(ºC-1) coeficient de dilatació lineal.
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.)
ºF=1.8xºC+32
ºC= 5/9 x(ºF-32)
Conductivitat tèrmica.
És la facilitat que ofereix un material per permetre elf lux d’energia tèrmica a través seu. És una propietat característica de cada material.
Intuïtivament podem dir que el flux d’energia depèn de:
•Tipus de material (la conductivitat).
•Diferència de temperatura entre els ambients.
•Temps d’exposició.
•Superfície de contacte entre els dos ambients.
•El gruix del material.
Aquestes magnituds es relacionen amb la fórmula següent:
Q=λ A•t•ΔT/L
Q (fluix d’energia o quantitat de calor transmès) -Joules-
Λ (conductivitat tèrmica )-W/m•K-
A (secció o superfície de contacte) –m2-
t (temps) –segons-
T(temperatura )-kelvin-
L (grossor del material) –metres-
També podem determinar la potència tèrmica, a partir de la potència tèrmica (Q/t)
Pt= λ A• ΔT• Q/ L
Dilatació tèrmica.
És un fenomen que provoca l’augment de les dimensions dels materials, especialment dels metalls quan augmenta la temperatura.
Intuïtivament podem dir que dependrà de la naturalesa de cada material i del l’increment de temperatura. Cada material té un coeficient diferent de dilatació. Segons les dimensions de l’objecte hi ha tres tipus de dilatacions:
•Dilatació lineals, si considerem una dimensió (longitud)
•Dilatació superficial, si considerem dues dimensions (superfície)
•Dilatació cúbica, si considerem les tres dimensions (volum)
En el cas de la dilatació lineal es pot calcular amb la fórmula:
ΔL/Lo = α•ΔT
Cada material té un valor de dilatació propi, el qual està tabulat mitjançant el coeficient de dilatació lineal. (Normalment vàlid entre 20º i 100º).
Material ; Coeficient de dilatació lineal α
Alumini: 23.6x10-6
Coure: 16.5x10-6
Níquel: 13.3x10-6
(ºC-1) coeficient de dilatació lineal.
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.)
Propietats mecàniques.
En aquest apartat ens referirem als materials que es troben en estat sòlid a temperatura ambient. Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials davant de forces externes. Aquestes forces suposen a una altres internes anomenades forces de cohesió, que mantenen units els àtoms dels materials i que són les responsables del seu estat sòlid. Si les forces externes són molt inferiors a les de cohesió interna el material resistirà sense problemes i pràcticament no es deformarà. En canvi, si les forces externes superen les internes el material es deformarà o fins i tot es trencarà.
Cada material té un comportament diferent i peculiar quan li son aplicades forces externes. Necessitem doncs conèixer les propietats mecàniques dels materials per poder triar el més adequat per a cada aplicació.
Per conèixer i mesurar les seves propietats mecàniques, els materials se sotmeten a unes proves de laboratori anomenades assaigs.
Resistència mecànica i assaig d’atracció
La resistència mecànica és la capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.
Diferents esforços dependent de la forma d’aplicar-los:
* Tracció -
* Compressió -
* Flexió
És el esforç de quan intentem doblegar (els esforços de flexió també es poden considerar com la combinació d’una tracció i d’una compressió)
* Torsió
Quan intentem retorçar
* Cisallament
Intent de tallar el material.
Les cordes, els cables o les cadenes només poden suportar esforços de tensió, el formigó suporta molt bé la compressió però molt poc la torsió. Les bigues dels edificis suporten molt bé la flexió. Els arbres de transmissió de màquines i motors suporten molt bé els esforços de torsió.
La forma és un altre aspecte que influeix en al resistència mecànica. Segons sigui el tipus d’esforç que s’apliqui hi ha formes més adequades que d’altres per suportar-lo.
Seccions.
ESFORÇ APLICAT ; FORMA MÉS ADECUADA PER SUPORTAR-LO
Tracció ; Secció elevada
Compressió ; Secció elevada i poca longitud
Flexió ; Secció elevada, cantell gran i poca longitud.
Torsió ; Secció elevada
Cisallament ; Secció elevada
Models de deformació i comportament mecànic.
Quan un material es deformat per l’aplicació d’un esforç la deformació pot ser temporal o permanent. Si es temporal (el material torna a la seva forma original, un cop retirat l’esforç) parlem de deformació elàstica. Si es permanent (es manté la deformació una vegada retirat l’esforç) parlem de deformació plàstica.
Hi han materials que es trenquen sense experimentar, pràcticament, cap deformació prèvia, i es diu que tenen un comportament fràgil. (ceràmica i vidre)
I també ni hi han alguns materials que es deformen ostensiblement abans de trencar-se, i es diu que tenen un comportament dúctil. (coure i alumini)
Assaig de tracció.
L’assaig de tracció és una de les proves de laboratori més utilitzades i que més informació proporciona sobre les propietat mecàniques dels materials. L’assaig de tracció d’un material consisteix a sotmetre a una proveta normalitzada un esforç accial d’atracció creixent fins que es produeix el tancament de la proveta. Aquesta assaig mesura la resistència d’un material a una força estàtica o aplicada lentament.
• Esforç unitari
= F/A N/mm2 (MPa)
L’esforç unitari o simplement esforç, és la relació entre la força (F) aplicada a un material i la secció A sobre la qual s’aplica. Es a dir, la força aplicada per unitat de secció. Les unitats d’esforç unitari són similars a les de la pressió: F/superfície.
1 Pa= 1 N/m2
1 MPa = 1 N/mm2
• Allargament unitari
= L/L0 x100= __ %
Allargament unitari quan s’aplica un esforç de tracció prou intens a un objecte. Aquests s’allarga incrementant la seva longitud. És la relació entre l’allargament d’una peça i la llargària inicial abans d’aplicar l’esforç, es a dir l’allargament per unitat de longitud.
Diagrama de tracció.
S’utilitza molt per expressar les característiques mecàniques dels materials i es realitza a partir dels assaigs de tracció. Es presenten els esforços unitaris a l’eix de les coordenades i els allargaments unitaris a l’eix de les alesices. Hi ha zones i punts importants d’aquest diagrama que cal explicar:
Zona elàstica de la O a la A en aquesta zona les deformacions són de tipus elàstic també s’anomena zona proporcional ja que hi ha proporcionalitat entre els esforços i els allargaments. És una línia recta i a l’extrem A es troba el límit de proporcionalitat.
rigidesa o mòdul elàstic.
E= p /
El valor del mòdul elàstic o rigidesa es pot interpretar com la rigidesa del material. Com més gran, més rígid és el material i per tant menor es la deformació elàstica produïda quan s’aplica un esforç.
Zona plàstica de la A a la E.
El límit elàstic (AB)
A partir del punt A comencen les deformacions permanents. El punt B se situa al límit elàstic [e] que és l’esforç unitari màxim que pot suportar un material sense experimentar cap deformació permanent. Els elements de màquines i d’estructures es dissenyen amb unes dimensions que ens permetin treballar per sota del seu límit elàstic, per tal d’evitar deformacions perilloses.
L’esforç unitari màxim que s’utilitza en el disseny d’una peça es coneix com a tensió màxima de treball. [t] aquesta tensió es calcula dividint el límit elàstic per un coeficient de seguretat. Com més gran sigui el coeficient de seguretat més segura serà la peça. Normalment el coeficient de seguretat està comprès entre 1, 2, 4.
Fluència i enduriment.- BC i CD
En el tram que va des del límit elàstic punt B fins el punt C, es produeix el que s’anomena fluència. El material s’allarga sense gairebé incrementar l’esforç i per això es diu que flueix.
En el tram entre els punts C i D l’enduriment del material, provocat per la deformació, fa que calgui augmentar l’esforç per continuar deformant el material.
En aquests trams les deformacions sempre són permanents, els materials fràgils pràcticament no presenten zona plàstica i passen directament de la zona elàstica al trencament.
Estricció i trencament -DE
Quan s’arriba al punt D comença el trencament de la proveta. L’esforç al punt D es coneix com a esforç de trencament. [r] És l’esforç màxim que pot suportar el material abans de trencar-se.
A mesura que s’aprima la proveta, l’esforç necessari per trencar-se disminueix i la corba decreix, fins que en el punt E, la proveta queda dividida en dos trossos.
Allargament
A l’assaig de tracció, l’allargament, es una deformació del material.
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:
%= Lf- Lo / Lo x100; on Lf-Lo= L
El % d’allargament es un valor que s’utilitza per mesurar la ductilitat dels materials. Com més dúctil es una material més gran és aquest valor.
Característiques mecàniques d’alguns materials.
Podem dir que els valors de E(mòdul elàstic) ens indiquen la rigidesa. Els de oe (límit elàstic) ens indiquen l’elasticitat. Els de or (esforç de trencament) ens indiquen la resistència mecànica. I els e (allargament) ens indiquen la ductilitat- elasticitat dels materials.
*Característiques mecàniques d’alguns materials: per altra banda, cal recordar que la densitat es una característica pròpia de cada material, que relaciona la massa d’un cos determinat amb el seu volum.
r = m / v (Kg/m3)
G(pes) = r • v • g
La duresa
El grafè és el material més dur que es coneix i el talc és el mineral més tou.
La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material.
La duresa es deguda a forces de cohesió assistents 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. La majoria d’aquests assaigs consisteixen a forçar la penetració d’un objecte de material molt dur sobre el material assajat. 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.
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.
El grau de duresa, que s’anomena duresa de brinell, s’obté a partir de l’expressió HBW= 0.102 • F/A
Els assaigs de duresa es fan amb màquines anomenades durometres.
Per als material tous s’apliquen càrregues més petites i per a provetes primes s’utilitzen penetradors de diàmetre menor. Tot plegat s’indiquen de la manera següent: xx HBW (D/C//t)
La tenacitat
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.
La fragilitat és la manca de tenacitat de tenacitat.
La tenacitat es mesura per: ona resiliència, valor elevat d’allargament, i bona resistència a la tracció.
Assaig de resiliència
Es coneix amb el nom de resiliència l’energia necessària per trencar un material amb un sol cop. L’assaig de resiliència es denomina també assaig de resistència al xoc.
La resiliència és directament proporcional a la tenacitat del material.
L’assaig de charpy es realitza en una màquina que incorpora un pèndol amb una massa de 22kg 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’alçaria 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 diferencia d’alçàries h – h’ es directament proporcional a la resiliència.
Les provetes tenen mecanitzada una entalla que te forma de V, que permet que el trencament es produeixi en el punt desitjat. La forma i les dimensions de la proveta estan normalitzades. Els valor de resiliència que es donen un cop dividida l’energia cinètica perduda al xoc per la secció de material en el punt de trencament, així la resiliència no depèn del gruix del material:
K= Ec/A
Assaig de fatiga
Els esforços de fatiga són esforços estàtics i dinàmics combinats que s’apliquen repetidament sobre el material fins que es trenca.
Tipus d’esforços de fatiga:
• De tracció-compresió
• De flexió
• De torsió
L’assaig de fatiga representa les condicions de treball reals del materials.
Corba S-N o diagrama de Wöhler
El mètode per representar els resultats d ela fatiga es la corba S-N o diagrama de Wöhler. Al eix de les abscisses es representa el nombre de cicles N que dura la proveta fins a al seva ruptura i a l’eix de les ordenades s’expressa l’amplitud de l’esforç aplicat S. A la corba S-N es poden definir dos valors importants: resistència a la fatiga (S) –es el valor de l’amplitud de l’esforç que provoca el trencament després d’un número de cicles.- i la vida de la fatiga (Nf) –es el nombre de cicles que pot suportar un material per una determinada amplitud de l’esforç aplicat.-
Hi han dos comportaments dels materials davant la fatiga: aquells que més tard o més d’hora, a un determinat esforç, acabant trencant-se i 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. (titani i acers)
Límit de fatiga: és el valor màxim d’amplitud d’esforç que no produeix trencament quan s’aplica un nombre infinit de cicles.
El trencament per fatiga s’inicia sempre a la superfície dels materials.
El disseny d’una peça pot influir en les seves característiques de fatiga. Per això, un material altament resistent a la fatiga pot reduir la seva resistència si el disseny no és l’adequat.
Per augmentar la resistència a la fatiga en el disseny de peces s’ha de tenir en compte:
•Evitar els canvis bruscos de secció, forats, esquerdes.
•Evitar les rugositats a la superfície. Una superfície llisa i polida augmenta la resistència a la fatiga.
•Evitar l’atac químic dels ambients corrosius.
Assaig no destructius o defectes
S’apliquen a peces ja fabricades perquè es vol comprovar que no presentin 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.
Aquests defectes fan que l’estructura interna d’un material deixi de ser homogènia i tingui una estructura interna alterada.
Assaigs magnètics
Consisteixen en l’aplicació d’un camp magnètic a la peça que es vol assajar. Si aquesta no té defectes tindrà una estructura interna homogènia i la seva permeabilitat magnètica serà constant.
La permeabilitat magnètica és una característica pròpia de cada material i indica la seva capacitat de concentrar o dispersar les línies de força d’un camp magnètic. Es a dir, si hi ha defectes hi hauran desviacions en les línies de força del camp magnètic produïdes per la variació de la PM. Aquests assaigs només són habitables a materials ferromagnètics, és a dir, bàsicament a materials fèrrics i acers.
Procediments 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)
Assaigs per raig X i raig gamma
S’utilitzen quan tenim un material no ferromagnètic o també peces molts gruixudes, en les quals el defecte pot estar molt allunyat de la superfície. Una solució seria la utilització dels raig x o gamma que són molt penetrants.
Aquests assaig consisteix en llençar una radiació de raigs x o gamma a través de la peça que es vol analitzar, que després de travessar-la la impressiona una placa fotogràfica per obtenir una radiografia.
Com cada material absorbeix la radiació de manera diferent, per tant tenen un grau d’absorció diferent, així detectem els defectes.
Si la peça no té defectes, la placa quedarà uniformement impressionada. En canvi, si hi ha defectes en la placa, hi hauran algunes zones amb més intensitat que unes altres, perquè la radiació serà absorbida amb més o menys intensitat.
Assaigs per ultrasons.
És una tècnica molt semblant a les utilitzades a les ecografies. Els ultrasons son ones sonores de freqüència superior a l’audible pels humans. (20.000Hz)
Les ones ultrasonores es reflecteixen i es dispersen davant canvis en el medi de propagació (se sol aprofitar especialment la reflexió per detectar els defectes).
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.
Cada material té un comportament diferent i peculiar quan li son aplicades forces externes. Necessitem doncs conèixer les propietats mecàniques dels materials per poder triar el més adequat per a cada aplicació.
Per conèixer i mesurar les seves propietats mecàniques, els materials se sotmeten a unes proves de laboratori anomenades assaigs.
Resistència mecànica i assaig d’atracció
La resistència mecànica és la capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se.
Diferents esforços dependent de la forma d’aplicar-los:
* Tracció -
* Compressió -
* Flexió
És el esforç de quan intentem doblegar (els esforços de flexió també es poden considerar com la combinació d’una tracció i d’una compressió)
* Torsió
Quan intentem retorçar
* Cisallament
Intent de tallar el material.
Les cordes, els cables o les cadenes només poden suportar esforços de tensió, el formigó suporta molt bé la compressió però molt poc la torsió. Les bigues dels edificis suporten molt bé la flexió. Els arbres de transmissió de màquines i motors suporten molt bé els esforços de torsió.
La forma és un altre aspecte que influeix en al resistència mecànica. Segons sigui el tipus d’esforç que s’apliqui hi ha formes més adequades que d’altres per suportar-lo.
Seccions.
ESFORÇ APLICAT ; FORMA MÉS ADECUADA PER SUPORTAR-LO
Tracció ; Secció elevada
Compressió ; Secció elevada i poca longitud
Flexió ; Secció elevada, cantell gran i poca longitud.
Torsió ; Secció elevada
Cisallament ; Secció elevada
Models de deformació i comportament mecànic.
Quan un material es deformat per l’aplicació d’un esforç la deformació pot ser temporal o permanent. Si es temporal (el material torna a la seva forma original, un cop retirat l’esforç) parlem de deformació elàstica. Si es permanent (es manté la deformació una vegada retirat l’esforç) parlem de deformació plàstica.
Hi han materials que es trenquen sense experimentar, pràcticament, cap deformació prèvia, i es diu que tenen un comportament fràgil. (ceràmica i vidre)
I també ni hi han alguns materials que es deformen ostensiblement abans de trencar-se, i es diu que tenen un comportament dúctil. (coure i alumini)
Assaig de tracció.
L’assaig de tracció és una de les proves de laboratori més utilitzades i que més informació proporciona sobre les propietat mecàniques dels materials. L’assaig de tracció d’un material consisteix a sotmetre a una proveta normalitzada un esforç accial d’atracció creixent fins que es produeix el tancament de la proveta. Aquesta assaig mesura la resistència d’un material a una força estàtica o aplicada lentament.
• Esforç unitari
= F/A N/mm2 (MPa)
L’esforç unitari o simplement esforç, és la relació entre la força (F) aplicada a un material i la secció A sobre la qual s’aplica. Es a dir, la força aplicada per unitat de secció. Les unitats d’esforç unitari són similars a les de la pressió: F/superfície.
1 Pa= 1 N/m2
1 MPa = 1 N/mm2
• Allargament unitari
= L/L0 x100= __ %
Allargament unitari quan s’aplica un esforç de tracció prou intens a un objecte. Aquests s’allarga incrementant la seva longitud. És la relació entre l’allargament d’una peça i la llargària inicial abans d’aplicar l’esforç, es a dir l’allargament per unitat de longitud.
Diagrama de tracció.
S’utilitza molt per expressar les característiques mecàniques dels materials i es realitza a partir dels assaigs de tracció. Es presenten els esforços unitaris a l’eix de les coordenades i els allargaments unitaris a l’eix de les alesices. Hi ha zones i punts importants d’aquest diagrama que cal explicar:
Zona elàstica de la O a la A en aquesta zona les deformacions són de tipus elàstic també s’anomena zona proporcional ja que hi ha proporcionalitat entre els esforços i els allargaments. És una línia recta i a l’extrem A es troba el límit de proporcionalitat.
rigidesa o mòdul elàstic.
E= p /
El valor del mòdul elàstic o rigidesa es pot interpretar com la rigidesa del material. Com més gran, més rígid és el material i per tant menor es la deformació elàstica produïda quan s’aplica un esforç.
Zona plàstica de la A a la E.
El límit elàstic (AB)
A partir del punt A comencen les deformacions permanents. El punt B se situa al límit elàstic [e] que és l’esforç unitari màxim que pot suportar un material sense experimentar cap deformació permanent. Els elements de màquines i d’estructures es dissenyen amb unes dimensions que ens permetin treballar per sota del seu límit elàstic, per tal d’evitar deformacions perilloses.
L’esforç unitari màxim que s’utilitza en el disseny d’una peça es coneix com a tensió màxima de treball. [t] aquesta tensió es calcula dividint el límit elàstic per un coeficient de seguretat. Com més gran sigui el coeficient de seguretat més segura serà la peça. Normalment el coeficient de seguretat està comprès entre 1, 2, 4.
Fluència i enduriment.- BC i CD
En el tram que va des del límit elàstic punt B fins el punt C, es produeix el que s’anomena fluència. El material s’allarga sense gairebé incrementar l’esforç i per això es diu que flueix.
En el tram entre els punts C i D l’enduriment del material, provocat per la deformació, fa que calgui augmentar l’esforç per continuar deformant el material.
En aquests trams les deformacions sempre són permanents, els materials fràgils pràcticament no presenten zona plàstica i passen directament de la zona elàstica al trencament.
Estricció i trencament -DE
Quan s’arriba al punt D comença el trencament de la proveta. L’esforç al punt D es coneix com a esforç de trencament. [r] És l’esforç màxim que pot suportar el material abans de trencar-se.
A mesura que s’aprima la proveta, l’esforç necessari per trencar-se disminueix i la corba decreix, fins que en el punt E, la proveta queda dividida en dos trossos.
Allargament
A l’assaig de tracció, l’allargament, es una deformació del material.
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:
%= Lf- Lo / Lo x100; on Lf-Lo= L
El % d’allargament es un valor que s’utilitza per mesurar la ductilitat dels materials. Com més dúctil es una material més gran és aquest valor.
Característiques mecàniques d’alguns materials.
Podem dir que els valors de E(mòdul elàstic) ens indiquen la rigidesa. Els de oe (límit elàstic) ens indiquen l’elasticitat. Els de or (esforç de trencament) ens indiquen la resistència mecànica. I els e (allargament) ens indiquen la ductilitat- elasticitat dels materials.
*Característiques mecàniques d’alguns materials: per altra banda, cal recordar que la densitat es una característica pròpia de cada material, que relaciona la massa d’un cos determinat amb el seu volum.
r = m / v (Kg/m3)
G(pes) = r • v • g
La duresa
El grafè és el material més dur que es coneix i el talc és el mineral més tou.
La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material.
La duresa es deguda a forces de cohesió assistents 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. La majoria d’aquests assaigs consisteixen a forçar la penetració d’un objecte de material molt dur sobre el material assajat. 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.
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.
El grau de duresa, que s’anomena duresa de brinell, s’obté a partir de l’expressió HBW= 0.102 • F/A
Els assaigs de duresa es fan amb màquines anomenades durometres.
Per als material tous s’apliquen càrregues més petites i per a provetes primes s’utilitzen penetradors de diàmetre menor. Tot plegat s’indiquen de la manera següent: xx HBW (D/C//t)
La tenacitat
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.
La fragilitat és la manca de tenacitat de tenacitat.
La tenacitat es mesura per: ona resiliència, valor elevat d’allargament, i bona resistència a la tracció.
Assaig de resiliència
Es coneix amb el nom de resiliència l’energia necessària per trencar un material amb un sol cop. L’assaig de resiliència es denomina també assaig de resistència al xoc.
La resiliència és directament proporcional a la tenacitat del material.
L’assaig de charpy es realitza en una màquina que incorpora un pèndol amb una massa de 22kg 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’alçaria 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 diferencia d’alçàries h – h’ es directament proporcional a la resiliència.
Les provetes tenen mecanitzada una entalla que te forma de V, que permet que el trencament es produeixi en el punt desitjat. La forma i les dimensions de la proveta estan normalitzades. Els valor de resiliència que es donen un cop dividida l’energia cinètica perduda al xoc per la secció de material en el punt de trencament, així la resiliència no depèn del gruix del material:
K= Ec/A
Assaig de fatiga
Els esforços de fatiga són esforços estàtics i dinàmics combinats que s’apliquen repetidament sobre el material fins que es trenca.
Tipus d’esforços de fatiga:
• De tracció-compresió
• De flexió
• De torsió
L’assaig de fatiga representa les condicions de treball reals del materials.
Corba S-N o diagrama de Wöhler
El mètode per representar els resultats d ela fatiga es la corba S-N o diagrama de Wöhler. Al eix de les abscisses es representa el nombre de cicles N que dura la proveta fins a al seva ruptura i a l’eix de les ordenades s’expressa l’amplitud de l’esforç aplicat S. A la corba S-N es poden definir dos valors importants: resistència a la fatiga (S) –es el valor de l’amplitud de l’esforç que provoca el trencament després d’un número de cicles.- i la vida de la fatiga (Nf) –es el nombre de cicles que pot suportar un material per una determinada amplitud de l’esforç aplicat.-
Hi han dos comportaments dels materials davant la fatiga: aquells que més tard o més d’hora, a un determinat esforç, acabant trencant-se i 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. (titani i acers)
Límit de fatiga: és el valor màxim d’amplitud d’esforç que no produeix trencament quan s’aplica un nombre infinit de cicles.
El trencament per fatiga s’inicia sempre a la superfície dels materials.
El disseny d’una peça pot influir en les seves característiques de fatiga. Per això, un material altament resistent a la fatiga pot reduir la seva resistència si el disseny no és l’adequat.
Per augmentar la resistència a la fatiga en el disseny de peces s’ha de tenir en compte:
•Evitar els canvis bruscos de secció, forats, esquerdes.
•Evitar les rugositats a la superfície. Una superfície llisa i polida augmenta la resistència a la fatiga.
•Evitar l’atac químic dels ambients corrosius.
Assaig no destructius o defectes
S’apliquen a peces ja fabricades perquè es vol comprovar que no presentin 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.
Aquests defectes fan que l’estructura interna d’un material deixi de ser homogènia i tingui una estructura interna alterada.
Assaigs magnètics
Consisteixen en l’aplicació d’un camp magnètic a la peça que es vol assajar. Si aquesta no té defectes tindrà una estructura interna homogènia i la seva permeabilitat magnètica serà constant.
La permeabilitat magnètica és una característica pròpia de cada material i indica la seva capacitat de concentrar o dispersar les línies de força d’un camp magnètic. Es a dir, si hi ha defectes hi hauran desviacions en les línies de força del camp magnètic produïdes per la variació de la PM. Aquests assaigs només són habitables a materials ferromagnètics, és a dir, bàsicament a materials fèrrics i acers.
Procediments 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)
Assaigs per raig X i raig gamma
S’utilitzen quan tenim un material no ferromagnètic o també peces molts gruixudes, en les quals el defecte pot estar molt allunyat de la superfície. Una solució seria la utilització dels raig x o gamma que són molt penetrants.
Aquests assaig consisteix en llençar una radiació de raigs x o gamma a través de la peça que es vol analitzar, que després de travessar-la la impressiona una placa fotogràfica per obtenir una radiografia.
Com cada material absorbeix la radiació de manera diferent, per tant tenen un grau d’absorció diferent, així detectem els defectes.
Si la peça no té defectes, la placa quedarà uniformement impressionada. En canvi, si hi ha defectes en la placa, hi hauran algunes zones amb més intensitat que unes altres, perquè la radiació serà absorbida amb més o menys intensitat.
Assaigs per ultrasons.
És una tècnica molt semblant a les utilitzades a les ecografies. Els ultrasons son ones sonores de freqüència superior a l’audible pels humans. (20.000Hz)
Les ones ultrasonores es reflecteixen i es dispersen davant canvis en el medi de propagació (se sol aprofitar especialment la reflexió per detectar els defectes).
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.
Introducció.
Els materials juntament amb l’energia són els elements imprescindibles de tot procés industrial. No es poden construir objectes i aparelles o fabricar cap mena de producte si no es disposa dels materials adequats i es coneixen be les seves propietats. En qualsevol procés industrial cal elaborar un projecte abans de dur-lo a terme. En aquest projecte es decideix com ha de ser i el procés de transformació necessari per fabricar-lo. Per això caldrà prendre decisions importants: triar els materials que seran utilitzats. Alhora de prendre aquesta decisió caldrà estudiar el problema sota diferents criteris de la selecció de materials.
Les propietats
Cada material està fet per una determinada situació amb una funció concreta. Cada material té les seves pròpies propietats.
Les qualitat estètiques
El color, la textura i la forma es diuen qualitats estètiques.
El procés de fabricació
Cal tenir en compte que si es disposa de la maquinària necessària per treballar el material, si els operaris la podran utilitzar i si es domina la tècnica que s’haurà d’aplicar.
El cost
Quan es dissenya un producte cal tenir en compte la seva qualitat final, el tipus d’usuari al que va destinat i la vida útil prevista de l’objecte. Segons el material triat haurem d’utilitzar determinat processos de fabricació que tindrà un cost a mes a mes del cost del material triat. Tots dos incidiran directament en el preu final del producte i per tant en la seva rendibilitat.
La disponibilitat
Hi han vegades que es produeixen poques quantitats d’alguns productes i d’altres vegades es fan moltes degut a la vida prevista al mercat.
L’impacte ambiental
Les operacions d’extracció i de transformació de les matèries primeres són més o menys agressives amb el medi ambient. De la mateixa manera, cal tenir present les possibilitats de reutilització o reciclatge, i les conseqüències ecològiques que pot suposar la seva eliminació.
Cal mesurar-les per poder comparar entre diferents materials i per dissenyar els objectes i les peces amb més seguretat. La realització dels assaigs de propietats es la manera d’obtenir aquests valors que permeten comparar el comportament de diferents materials.
Les propietats
Cada material està fet per una determinada situació amb una funció concreta. Cada material té les seves pròpies propietats.
Les qualitat estètiques
El color, la textura i la forma es diuen qualitats estètiques.
El procés de fabricació
Cal tenir en compte que si es disposa de la maquinària necessària per treballar el material, si els operaris la podran utilitzar i si es domina la tècnica que s’haurà d’aplicar.
El cost
Quan es dissenya un producte cal tenir en compte la seva qualitat final, el tipus d’usuari al que va destinat i la vida útil prevista de l’objecte. Segons el material triat haurem d’utilitzar determinat processos de fabricació que tindrà un cost a mes a mes del cost del material triat. Tots dos incidiran directament en el preu final del producte i per tant en la seva rendibilitat.
La disponibilitat
Hi han vegades que es produeixen poques quantitats d’alguns productes i d’altres vegades es fan moltes degut a la vida prevista al mercat.
L’impacte ambiental
Les operacions d’extracció i de transformació de les matèries primeres són més o menys agressives amb el medi ambient. De la mateixa manera, cal tenir present les possibilitats de reutilització o reciclatge, i les conseqüències ecològiques que pot suposar la seva eliminació.
Cal mesurar-les per poder comparar entre diferents materials i per dissenyar els objectes i les peces amb més seguretat. La realització dels assaigs de propietats es la manera d’obtenir aquests valors que permeten comparar el comportament de diferents materials.
Subscriure's a:
Missatges (Atom)