Assaig de materials.

1. TECNOLOGIA INDUSTRIAL
MATERIALS

2. 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 2 de 31

3. 1738
1799
1824
1825
1839
1855
1883
1911
1931
1938
1947
1954
1970
Proces per produir ZINC per destil·lació de carbó (William Champion)
Primera BATERÍA ELÈCTRICA basada en coure i zinc. (Alessandro Volta)
CIMENT PORTLAND (Joseph Aspin)
ALUMINI METÀL·LIC (Hans Christian Orsted)
VULCANITZACIÓ del cautxú (Charles Goodyear)
PROCES BESSEMER per la producció massiva d’acer
Primeres PLAQUES SOLARS (Charles Fritts)
Descubriment de la SUPERCONDUCTIVITAT
NEOPRÉ (Julius Nieuwland)
NYLON (Wallace Carothers)
TEFLÓ (Roy Plunkett)
Primer transistor de GERMANI
6% d’eficiència en plaques solars de SILICI (Laboratoris Bell)
FIBRA ÓPTICA (Corning)
nov-13 – Materials – Diap 3 de 31

4. nov-13 – Materials – Diap 4 de 31

5. 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 5 de 31

6. CLASSIFICACIÓ
METALLS
FÈRRICS
NO FÈRRICS
CERÀMIQUES
POLÍMERS
MATERIALS
COMPOSTOS
SEMICONDUCTORS
nov-13 – Materials – Diap 6 de 31

7. PROPIETATS
MECÀNIQUES
FÍSIQUES
Densitat i pes específic
P elèctriques
P tèrmiques
P magnètiques
P òptiques
QUÍMIQUES
ECONÒMIQUES
DE FABRICACIÓ
ESTÈTIQUES
Preu i disponibilitat
Maleabilitat
Ductilitat
Forjabilitat
Maquinabilitat
Aspecte
Color
Textura
Olor
Mòdul d’elasticitat
Límit elàstic
Resist a la tracció
Duresa
Resiliència (tenacitat)
R a la fatiga...
R a l’oxidació
R a la corrossió
nov-13 – Materials – Diap 7 de 31

8. 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 8 de 31

9. Aquesta darrera capa és la capa de valència i determina l'enllaç
IÒNIC
COVALENT
METÀL· LIC
Metall + no metall.
No metall + no metall.
Metall + Metall.
Transferència d’ e-.
Compartir e-.
Materials durs, fràgils i
aïllants.
Materials i propietats
diverses.
Estructura rígida d’ions
positius i núvol d’ e-.
Bons conductors de calor i
electricitat.
nov-13 – Materials – Diap 9 de 31

10. ESTATS
+
Mobilitat
GAS
LÍQUID
-
Forces de cohesió
-
SÒLID
+
LÍQUIDS I GASOS
Fluids (s’adapten al contenidor)
Gasos compresibles / líquids incompresibles.
SÒLIDS
Estructura cristal·lina (repetitiva) o vitrea (amorfa).
nov-13 – Materials – Diap 10 de 31

11. SUBSTÀNCIA VITREA
SUBSTÀNCIA CRISTAL·LINA
nov-13 – Materials – Diap 11 de 31

12. 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 12 de 31

13. nov-13 – Materials – Diap 13 de 31

14. DISLOCACIONS
Enduriment de metalls:
• Disminució de la mida del gra
• Formació de solucions sòlides
• Deformació en fred
nov-13 – Materials – Diap 14 de 31

15. 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 15 de 31

16. 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 16 de 31

17. TRACCIÓ
Coeficient de Poisson
Resistent: Secció gran
T=F/A
T, tensió [Pa]
F, força [N]
A, àrea [m2]
nov-13 – Materials – Diap 17 de 31

18. FLEXIÓ
Combinació de tracció i compressió.
Linia neutra
Resistent: Cantell gran i poca llargada
nov-13 – Materials – Diap 18 de 31

19. CISALLAMENT
Resistent: Secció gran
Poca deformació prèvia
nov-13 – Materials – Diap 19 de 31

20. TORSIÓ
Deformació en espiral
Resistent: Secció gran
nov-13 – Materials – Diap 20 de 31

21. 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 21 de 31

22. ASSAIG DE TRACCIÓ
nov-13 – Materials – Diap 22 de 31

23. DIAGRAMA DE TRACCIÓ
F
σ =
A
ε=
σ TR =
∆L
[
L0
]
σE
n
nov-13 – Materials – Diap 23 de 31

24. Duresa: Resistència a ser ratllat o penetrat.
Al ratllat: Escala de Mohs (minerals):
nov-13 – Materials – Diap 24 de 31

25. ASSAIG BRINNELL (PENETRACIÓ)
HBW = 0,102
F
A
HBW, duresa Brinnell [ ]
F, Força del penetrador [N]
A, Área del casquet esfèric deixat a la proveta [mm2]
2
Π· D1 ( D1 − D12 − D2
A=
2
D1, diàmetre del penetrador [mm]
D2, diàmetre de la marca [mm]
Duresa HBW D1/F/t
duresa / Resistència a la tracció (només acer):
σ tracció = 3.45·HBW
nov-13 – Materials – Diap 25 de 31

26. ASSAIG DE TENACITAT
Tenacitat: Resistència al xoc
Resiliència: Energia necessària per trencar un material d'un sol cop.
PÈNDOL DE CHARPY
KCV =
Ec
A
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 26 de 31

27. nov-13 – Materials – Diap 27 de 31

28. 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 28 de 31

29. nov-13 – Materials – Diap 29 de 31

30. 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 30 de 31

31. PROPIETATS TÈRMIQUES
CONDUCTIVITAT
Q =λ⋅
A ⋅ t ⋅ ∆T
L
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]
POTÈNCIA TÈRMICA
PT =
Q
t
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]
nov-13 – Materials – Diap 31 de 31