Unitat 6 Propietats i assaigs

3,412 views
3,160 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,412
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
908
Actions
Shares
0
Downloads
71
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Unitat 6 Propietats i assaigs

  1. 1. UNITAT 6 PROPIETATS I ASSAIGS20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 1
  2. 2. ELS MATERIALS I ELS PROCESSOS INDUSTRIALS• Els materials són, juntament amb l’energia, els dos elements imprescindibles per iniciar un procés industrial. Per aquest motiu és importantíssim conèixer bé les propietats dels materials que utilitzarem.• En qualsevol procés industrial cal elaborar un projecte abans de dur-lo a terme. En aquest projecte cal decidir:  Com ha de ser el producte.  El procés de transformació dels materials necessaris. Per tant serà molt important triar els materials a utilitzar, tenint en compte que hi intervenen molts factors diferents, i per tant caldrà tenir en compte els diferents CRITERIS DE SELECCIÓ DE MATERIALS. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 2
  3. 3. ELS MATERIALS I ELS PROCESSOS INDUSTRIALSCRITERIS DE SELECCIÓ DE MATERIALS Les propietats  s’han d’adequar a l’ús de l’objecte a fabricar (resistent a Tª, lleugeresa, conductivitat, flexibilitat,...). Les qualitats estètiques  color, textura, forma,... El procés de fabricació  cal tenir en compte la maquinària, si els operaris dominen les tècniques,... El cost  tant de matèries primeres com dels processos. La disponibilitat  cal tenir en compte la vida prevista al mercat del producte, i si aquesta és llarga cal assegurar que disposarem de material en el futur. L’impacte ambiental  de les operacions d’extracció i/o transformació de les MP i del reciclatge o reutilització del producte quan ha finalitzat la seva vida útil.20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 3
  4. 4. PROPIETATS MECÀNIQUES• Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials davant d’esforços (forces) que intenten estirar-los, aixafar-los, retorçar-los, doblegar-los, tallar-los, trencar-los amb un cop sec,... Aquestes propietats són degudes a les forces de cohesió dels àtoms, que s’oposen a esforços externs que apliquem als materials. Les principals propietats mecàniques són: Resisitència A la tracció A la compressió Duresa A la flexióPROPIETATS A la torsióMECÀNIQUES Tenacitat Al cisallament Ductil·litat Plasticitat Mal·leabilitat 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 4
  5. 5. PROPIETATS MECÀNIQUES• Per conèixer i mesurar les seves propietats mecàniques, els materials se sotmeten a unes proves de laboratori anomenades assaigs.• Els assaigs són procediments normalitzats que permeten conèixer i mesurar les propietats dels materials, els defectes dels productes elaborats i la resposta que presenten sota determinades condicions de treball.• Els conceptes i els valors obtinguts en aquests assaigs són la base de la disciplina coneguda amb el nom de resistència de materials, per tant aquesta és l’encarregada d’estudiar els mètodes d’identificació i càlcul d’esforços, formes i seccions dels materials. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 5
  6. 6. PROPIETATS MECÀNIQUES• Els assaigs poden ser: Tracció Duresa Resiliència Destructius Fatiga (calen provetes) Tecnològics Magnètics No destructius Raigs X o γ Ultrasons 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 6
  7. 7. PROPIETATS MECÀNIQUESRESISTÈNCIA MECÀNICA I ASSAIG DE TRACCIÓ• La resistència mecànica és la capacitat que té un material per suportar esforços sense deformar-se o trencar-se. Es distingeixen diferents tipus d’esforços: 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 7
  8. 8. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ• Els esforços de flexió es poden considerar, en general, com una combinació d’esforços, ja que un material sotmès a flexió presenta una zona sotmesa a tracció i una zona sotmesa a compressió. També presenta una zona longitudinal que no està sotmesa a cap tipus d’esforç, la línia neutra. A mesura que ens allunyem de la línia neutra va augmentant la intensitat dels esforços. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 8
  9. 9. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ• Cal tenir present que, de vegades, segons la forma del material, un esforç de compressió pot produir un corbament en lloc d’un aixafament. Aquest fenomen rep el nom de vinclament i es dóna en materials esvelts (llarg en comparació amb la seva secció). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 9
  10. 10. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ• Segons el tipus de deformació produïda podem identificar l’esforç que l’ha provocat i la forma més adequada per suportar-lo: Formes més adequades per Esforç Deformació suportar-lo Tracció Allargament Secció elevada Compressió Aixafament Secció elevada i poca longitud En materials esvelts Vinclament Secció elevada, cantell gran i Flexió Corbament poca longitud Torsió Retorçament Secció elevada Cisallament Tall net Secció elevada 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 10
  11. 11. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ MODELS DE DEFORMACIÓ I COMPORTAMENT MECÀNIC• Quan un material és deformat per l’aplicació d’un esforç, pot ser que la deformació sigui temporal o permanent:  Deformació elàstica: si el material recupera la forma original quan desapareix l’esforç que provoca la deformació.  Deformació plàstica: si el material queda deformat permanentment quan desapareix l’esforç que l’ha provocat.• Hi ha materials que es trenquen sense experimentar, pràcticament, cap deformació prèvia  comportament fràgil (vidres, ceràmiques,...)• D’altres materials, en canvi, es deformen molt abans de trencar-se  comportament dúctil (coure, alumini,...) 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 11
  12. 12. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓMODELS DE DEFORMACIÓ I COMPORTAMENT MECÀNIC• Pel que fa a la resposta dels materials davant d’un determinat esforç, aquesta pot ser de tres tipus: 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 12
  13. 13. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓASSAIG DE TRACCIÓ• Consisteix en sotmetre unes provetes, de formes i dimensions normalitzades, a esforços de tracció que produeixen deformacions en forma d’allargaments. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 13
  14. 14. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓASSAIG DE TRACCIÓ20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 14
  15. 15. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ ASSAIG DE TRACCIÓ• Les provetes tenen una secció inicial S0 uniforme entre dues marques separades per una llargària L0 anomenada llargària calibrada. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 15
  16. 16. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ ASSAIG DE TRACCIÓ• Per tal que els valors obtinguts en aquests assaigs no depenguin de les dimensions de la peça que estem utilitzant, si no només del seu material, s’utilitzen els conceptes d’esforç unitari i d’allargament unitari. ESFORÇ UNITARI• L’esforç unitari (σ) o simplement esforç, és la relació entre la força F aplicada a un material i la secció A sobre la qual s¡aplica. F [N/mm2] o [MPa] σ A on σ = esforç unitari [N/mm2] o [MPa] F = força aplicada [N] A = secció inicial [mm2] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 16
  17. 17. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓESFORÇ UNITARI20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 17
  18. 18. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓALLARGAMENT UNITARI• L’allargament unitari (ε) és la relació entre l’allargament ΔL d’una peça i la llargària inicial L0 que tenia abans d’aplicar l’esforç de tracció. ΔL on ε = allargament unitari [adimensional o %] ε ∆L = increment de llargària [mm] L0 L0 = llargària calibrada (inicial) [mm] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 18
  19. 19. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓALLARGAMENT UNITARI20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 19
  20. 20. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓ• Els resultats de l’assaig s’enregistren en un gràfic anomenat diagrama de tracció, que recull l’allargament produït en funció de l’esforç aplicat. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 20
  21. 21. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓZONA ELÀSTICA• Les deformacions produïdes desapareixen després d’aplicar l’esforç.• Gràficament és una recta (existeix proporció fixa entre esforç aplicat i l’allargament produït).• El valor constant de proporcionalitat s’anomena mòdul elàstic o mòdul de Young (E). σ [N/mm2] o [MPa] E ε on E = Mòdul elàstic o mòdul de Young [N/mm2] o [MPa] σ = esforç unitari [N/mm2] o [MPa] ε = allargament unitari• El valor del mòdul elàstic es pot interpretar com la rigidesa del material. Si  E   RIGIDESA 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 21
  22. 22. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓZONA PLÀSTICA• Límit elàstic (σe): és l’esforç unitari màxim que pot suportar un material sense experimentar cap deformació permanent.• Existeix un límit elàstic teòric i un límit elàstic mesurat.• A la pràctica, al dissenyar un element d’una màquina es fa de tal manera que sempre treballi per sota del seu límit elàstic. Per calcular la tensió a la que haurà de treballar apliquem un coeficient de seguretat. Com més gran sigui aquest coeficient, més segura serà la peça. σe [N/mm2] o [MPa] σt n on σe = límit elàstic del material [N/mm2] o [MPa] σt = tensió màxima de treball [N/mm2] o [MPa] n = coeficient de seguretat [entre 1,2 i 4] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 22
  23. 23. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓZONA PLÀSTICA• A partir del límit elàstic (σe), a mesura que s’incrementen els esforços, augmenta la deformació, que sempre serà de caràcter permanent. Aquest tram s’anomena fluència.• Com més plàstic sigui un material, més àmplia tindrà aquesta zona (es diu que el material flueix).• Si un material és molt fràgil pràcticament no té zona plàstica, passa directament de la zona elàstica al trencament. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 23
  24. 24. RESISTÈNCIA MECÀNICA I PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓRESISTÈNCIA O CÀRREGA AL TRENCAMENT• És el valor de l’esforç (R) a partir del qual començarà el trencament de la peça, tot i que disminuïm l’esforç.• Com més dúctil sigui un material, més àmplia tindrà aquesta zona posterior a R. En aquesta zona l’esforç serà menor al valor d’R perquè la secció disminueix (estricció).ALLARGAMENT• 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: Lf - L0 on ε% = allargament en % ε% 100 Lf = llargària final [mm] L0 L0 = llargària inicial [mm]• ε% ens dóna idea de la ductilitat dels metalls. Com més elevat és ε% més dúctil és el material. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 24
  25. 25. RESISTÈNCIA MECÀNICA IPROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ DIAGRAMA DE TRACCIÓ20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 25
  26. 26. PROPIETATS MECÀNIQUESCARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS• Podem dir que el que indica cada valor és: E (mòdul elàstic/de Young)  la rigidesa σe (límit elàstic)  l’elasticitat σr (esforç al trencament)  la resistència mecànica ε (allargament)  la plasticitat dels materials• D’altra banda, cal recordar el concepte de densitat (ρ): m [kg/m3] ρ V 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 26
  27. 27. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUESPROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 27
  28. 28. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUESPROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 28
  29. 29. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUESPROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 29
  30. 30. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA• La duresa és la resistència o oposició que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un altre material.• És deguda a les forces de cohesió entre els àtoms del material (els materials més durs presenten enllaços iònics o covalents).• És molt comú que els sòlids durs siguin alhora fràgils com el vidre.• Per comparar i mesurar la duresa s’utilitzen diferents tipus d’assaigs. La major part d’aquests assaigs consisteixen en forçar la penetració d’un objecte de material molt dur (penetrador) sobre el material a assajar (mostra o proveta). Com més penetració s’aconsegueix, aplicant la mateixa força, més tou serà el material que s’està estudiant.• Un dels mètodes més utilitats per mesurar la duresa dels metalls és l’assaig Brinell (regulat per la norma UNE-EN 6506-1). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 30
  31. 31. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA ASSAJOS DE DURESA Escala Mohs Al ratllat Assaig Martens Assaig Brinell• Els assajos de Assaig Vickers A la penetració duresa poden ser: Assaig Knoop Assaig Rockwell Al rebot Assaig Shore 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 31
  32. 32. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA ASSAJOS DE DURESA• En tots els mètodes es col·loca un element molt dur anomenat penetrador sobre la superfície del material a assajar (proveta) i se li aplica una càrrega durant un temps determinat.• En aquest tipus d’assajos està normalitzat: – La forma, les dimensions i el material del que està fet el penetrador. – El valor de la càrrega aplicada. – El temps d’aplicació de la càrrega.• Depenent del mètode utilitzat, el valor de la duresa del material s’obté en funció de la superfície o de la fondària de la marca deixada pel penetrador. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 32
  33. 33. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESAASSAIG BRINELL• Ideat el 1900 per un enginyer suec. Utilitza un penetrador de material molt dur (carbur de tungsté) en forma d’esfera que se situa damunt de la mostra de material que s’han d’assajar.• S’aplica una càrrega damunt l’esfera durant un temps. Després es retiren la càrrega i l’esfera i es mesura la superfície de la marca sobre la proveta (serà un casquet esfèric la superfície del qual la podrem calcular a partir de la mesura dels diàmetres de la marca i l’esfera). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 33
  34. 34. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESAASSAIG BRINELL• El grau de duresa, que en aquest cas s’anomena Duresa Brinell, s’obté amb l’expressió: F on HB = grau de duresa Brinell (sense unitats) HBW 0,102 0,102= constant 1/9,806 A F = càrrega aplicada a la bola [N] A = superfície deixada per la marca de la bola [mm2]• Per obtenir el valor de la superfície de la marca, es mesura el seu diàmetre amb un microscopi o lupa de retícula graduada i després es resol la següent expressió: π D D- D2 d 2 on D = diàmetre de la bola [mm] A [mm2] d = diàmetre de la marca [mm] 2 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 34
  35. 35. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESAASSAIG BRINELL• Els assaigs de duresa es fan amb unes màquines especials anomenades duròmetres. Per acers i materials metàl·lics en general, s’utilitzen els valors següents: Diàmetre de la bola: 10 mm Càrrega aplicada: 29,42 kN (equivalent a m=3000 kg) Temps d’aplicació: 15 s• Si el valor HB s’ha obtingut en unes altres condicions, acostuma a indicar-se de la següent manera (materials més tous o més prims): XX  grau de duresa Brinell D  diàmetre de la bola [mm] XX HBW D/C/t) C  0,102·F (F és la càrrega en N) t  temps d’aplicació [s] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 35
  36. 36. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA ASSAIG BRINELLRELACIÓ ENTRE LA DURESA I LA RESISTÈNCIA A LA TRACCIÓ • Tant la duresa com la resistència a la tracció indiquen el grau d’oposició del material a ser deformat plàsticament. • És més senzill realitzar un assaig de duresa que un de tracció. Serà interessant poder obtenir una relació entre aquests dos paràmetres. • Per a l’acer aquesta relació és la següent: σ r MPa 3,45 HBW 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 36
  37. 37. PROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT• La tenacitat és defineix com la capacitat de resistència al xoc.• És la propietat contrària a la fragilitat.• Els materials tenaços són capaços d’absorbir molta energia cinètica en un xoc i transformar-la en deformació plàstica o elàstica, evitant així el trencament.• Normalment, la fragilitat (o manca de tenacitat) va lligada a la duresa: els materials durs acostumen a ser fràgils. 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. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 37
  38. 38. ASSAIG DEPROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT RESILIÈNCIA• El valor de la resiliència obtingut a l’assaig és una mesura indirecta de la tenacitat dels materials (juntament amb una bona resistència a la tracció i un elevat valor d’allargament).• Hi ha 2 modalitats d’aquests tipus d’assaigs: el pèndol de Charpy i el d’Izod. Les 2 són molt similars i, per tant, només en descriurem una: ASSAIG CHARPY• Es realitza en una màquina que incorpora un pèndol amb una massa de 22 kg situada a l’extrem. A la vertical del punt de gir del pèndol hi ha l’enclusa on es fixa la proveta.• Per realitzat l’assaig, es deixa caure el pèndol des de la posició inicial a una alçària fixa h0. Un cop impactada la proveta, aquesta es trenca i el pèndol continua el seu recorregut assolint una alçària final hf. La diferència d’alçàries (h0 – hf) és proporcional a la resiliència. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 38
  39. 39. ASSAIG DEPROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT RESILIÈNCIA20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 39
  40. 40. ASSAIG DEPROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT RESILIÈNCIA20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 40
  41. 41. PROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT ASSAIG DE RESILIÈNCIA CHARPY• Les provetes porten mecanitzada una entalla, que té forma de “V”, que permet que el trencament es produeixi en el punt desitjat.• Les dimensions i la forma i de les provetes estan normalitzades.• Els valors de resiliència es donen en funció de la secció del material en el punt de trencament. EC K [J/mm2] A on K = resiliència del material [J/mm2] EC= energia cinètica consumida en el trencament [J] A = secció de trencament de la proveta [mm2] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 41
  42. 42. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA• Els esforços de fatiga són aquells que alternen el seu sentit d’aplicació (tracció-compressió, torsió, flexió) de manera repetitiva o cíclica en el temps.• L’assaig de fatiga intenta reproduir les condicions de treball reals dels materials. Un dels més usuals consisteix en sotmetre la proveta a esforços de flexió rotativa (torsió + flexió) en un cicle que es va repetint en el temps.• Per realitzar aquest tipus d’assajos s’utilitza la màquina universal AMSLER (treballa entre 250 i 500 cicles per minut).• Els resultats dels assajos de fatiga es representen en un gràfic que es coneix com Corba S-N o Diagrama de Wölher. A l’eix de les ordenades es representa l’amplitud de l’esforç aplicat S (valor mig entre màxim i mínim) [N/mm2] i a l’eix de les abscisses es representa (en escala logarítmica) el nombre de cicles N a que ha estat sotmesa la proveta fins al seu trencament. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 42
  43. 43. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA• Podem trobar dos tipus de corbes diferents depenent del tipus de material assajat: Corba amb límit de fatiga: si no superem aquest valor d’esforç el material no es trenca mai. Corba sense límit de fatiga: per a tota l’amplitud de l’esforç existeix un nombre de cicles que fa la peça es trenqui. Podem definir dos valors importants:  La resistència a la fatiga: és el valor d’amplitud de l’esforç que provoca el trencament del material després d’un nombre determinat de cicles.  La vida a la fatiga: és el nombre de cicles de treball que pot suportar un material per a una determinada amplitud de l’esforç aplicat (Nf). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 43
  44. 44. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA Ex: aliatges de Ti, de Fe,... No existeix trencament Trencament després de 105 cicles20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 44
  45. 45. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA Ex: aliatges de Cu, d’Al,...20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 45
  46. 46. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS NO DESTRUCTIUS O DE DEFECTESLes principals característiques d’aquest tipus d’assajos són: Es realitzen sobre peces, objectes un cop ja hem finalitzat la seva fabricació. Han de permetre utilitzar la peça després de realitzar l’assaig, sense deixar cap mena de marca. S’apliquen per detectar la presència o absència de defectes interns no observables a primera vista (també s’anomenen assajos de defectes). Aquests defectes poden ser: fissures, esquerdes, porus, inclusions,... Els principals tipus són: Magnètics Amb radiacions (raigs X o raigs gamma) D’ultrasons 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 46
  47. 47. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS MAGNÈTICS• Consisteixen en l’aplicació d’un camp magnètic a la peça que volem assajar. Si la peça no té defectes, l’estructura interna serà homogènia i, per tant, la permeabilitat magnètica (μ) serà constant en tota la seva extensió. Si la peça té defectes, l’estructura interna deixa de ser homogènia i es provoca una variació localitzada de la μ que desvia les línies de força del camp magnètic.• Aquests assaigs tenen una limitació: només es poden realitzar en materials ferromagnètics (acers i foses) que són els que tenen una permeabilitat elevada i que concentren les línies del camp magnètic. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 47
  48. 48. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS PROPIETATS MECÀNIQUES o DE DEFECTESASSAIGS MAGNÈTICS• La desviació de les línies de força (que indica presència de defecte) pot ser detectada de tres maneres: Detecció òptica  assaig magnetoscòpic Detecció acústica  assaig magnetoacústic Detecció elèctrica  assaig electromagnètic 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 48
  49. 49. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER RAIGS X I RAIGS GAMMA• S’utilitzen quan el material que volem assajar no és ferromagnètic o quan el defecte està allunyat de la superfície.• Aquestes radiacions són del tipus electromagnètic, caracteritzades per: – Desplaçar-se en línia recta a la velocitat de la llum. – No ser desviades per camps elèctrics ni magnètics. – No canviar de direcció (ni per reflexió ni per refracció). – Impressionar plaques fotogràfiques similarment a com ho fa la llum. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 49
  50. 50. ASSAIGS NO DESTRUCTIUSPROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER RAIGS X I RAIGS GAMMA• Aquests assajos consisteixen en fer que la radiació travessi la peça que es vol examinar i arribi a impressionar una placa fotogràfica situada al seu darrere.• Aquesta radiació va sent absorbida pel material, però no tots els materials absorbeixen en la mateixa mesura. Aquest fet ens servirà per detectar els defectes. – Si no existeixen defectes la placa quedarà impressionada de forma uniforme. – Si existeixen defectes a la placa veurem zones impressionades amb més o menys intensitat (taques). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 50
  51. 51. ASSAIGS NO DESTRUCTIUSPROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER RAIGS X I RAIGS GAMMA• RAIGS X – Es produeixen aplicant una tensió elèctrica elevada (fins 106 V) en una mena de làmpada de vidre (amb filament i electrode). – Poder de penetració: fins a peces de 100 mm. – Aparell utilitzat és més voluminós i més car i necessita energia elèctrica per funcionar.• RAIGS GAMMA – Es produeixen per substàncies radioactives com el Ra, el Co, el Cs, l’Ir,... sense que calgui utilitzar energia elèctrica. – Poder de penetració: fins a peces de 250 mm. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 51
  52. 52. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER ULTRASONS• Consisteix en utilitzar ultrasons (ones de pressió o sonores de freqüència superior a la màxima audible pels humans (> 20000 Hz)), com es fa en les ecografies mèdiques o en els sonars dels vaixells.• Els ultrasons es caracteritzen per: – Desplaçar-se en línia recta a gran velocitat. – La velocitat de propagació depèn del medi: perfectament en sòlids (quan més rígid millor), força bé pels líquids, amb dificultat pels gasos i inexistent en el buit. – Es reflecteixen, es refracten i es dispersen davant de canvis en el medi per on es propaguen. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 52
  53. 53. ASSAIGS NO DESTRUCTIUSPROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER ULTRASONS• Per generar i detectar defectes s’utilitzen cristalls de quars aprofitant el seu efecte piezoelèctric.• Apliquem una càrrega elèctrica alterna als cristalls, fent que aquests vibrin i emetin ultrasons.• Quan aquesta vibració travessa la peça, rebota i retorna als cristalls provocant l’efecte invers, una tensió elèctrica que es captada pel quars i visualitzada en una pantalla fosforescent.• Una de les modalitats consisteix en col·locar dos cristalls de quars (el generador i el receptor) sobre la mateixa cara de la peça a assajar, de forma que el receptor capta l’eco de la senyal que ha emès el generador després que aquesta reboti contra el fons de la peça. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 53
  54. 54. ASSAIGS NO DESTRUCTIUSPROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTESASSAIGS PER ULTRASONS 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 54
  55. 55. PROPIETATS TÈRMIQUES• Les propietats tèrmiques indiquen el comportament dels materials davant d’una de les formes que pot adoptar l’energia: la calor. Les principals propietats tèrmiques són: Conductivitat tèrmica (λ) PROPIETATS TÈRMIQUES Dilatació tèrmica CONDUCTIVITAT TÈRMICA (λ)• La conductivitat tèrmica és la facilitat que ofereix un material per permetre el flux d’energia tèrmica a través seu.• La conductivitat tèrmica és pròpia de cada material i depèn de la Tª inicial a la que aquest es troba. Les taules on s’indiquen les propietats dels materials solen prendre de referència els 0 o 20 ºC. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 55
  56. 56. PROPIETATS TÈRMIQUES CONDUCTIVITAT TÈRMICA (λ)• La calor transmesa per un objecte depèn de:  El tipus de material (λ).  La distància entre la font de calor i el punt on prenem la Tª (L).  La secció de l’objecte (A).  La diferència de temperatures inicial i final (ΔT).  El temps de propagació de la calor (t).• La relació entre aquestes magnituds s’expressa matemàticament: A t ΔT On Q = quantitat de calor [J] Q λ [J] λ = conductivitat tèrmica el material [W/m·K] L t = temps transcorregut [s] A = superfície de contaccte entre les dues masses tèrmiques o entre les dues zones que es troben a diferent T [m2] ΔT = diferència de temperatura [K] L = gruix del material o distància entre les dues zones a diferent T si es tracta d’un mateix cos [m] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 56
  57. 57. PROPIETATS TÈRMIQUES CONDUCTIVITAT TÈRMICA (λ)• El quocient Q/t s’anomena potència tèrmica (Pt). Així doncs, podem determinar la potència tèrmica transmesa com: A ΔT Pt λ [W] L DILATACIÓ TÈRMICA• La dilatació tèrmica és el fenomen que provoca l’augment de les dimensions d’un material, especialment els metalls, quan augment la temperatura.• La dilatació tèrmica depèn:  Del material (cada material té un grau diferent de dilatació).  De l’increment de la temperatura (com més gran sigui, major serà la dilatació). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 57
  58. 58. PROPIETATS TÈRMIQUES DILATACIÓ TÈRMICA (λ)• Segons siguin les dimensions de l’objecte sobre les quals es determina l’increment, es defineixen diferents tipus de dilatacions:  Dilatació lineal  Dilatació superficial  Dilatació cúbica• La dilatació tèrmica es calcula mitjançant l’expressió: ΔL α ΔT Lo On ΔL = diferència entre llargària inicial i final [m] Lo = llargària inicial [m] α = coeficient de dilatació tèrmica lineal [ºC-1] ΔT = diferència de temperatura [ºC] 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 58
  59. 59. PROPIETATS TÈRMIQUES DILATACIÓ TÈRMICA (λ)• Cada material té valors diferents i propis de dilatació tèrmica, els quals podem trobar a les taules de característiques dels materials. Aquest coeficient sol ser vàlid per a temperatures compreses entre els 20 ºC i els 100 ºC.• La dilatació tèrmica es pot aprofitar per calcular la temperatura d’un cos a partir de saber el seu increment de llargària i el seu coeficient de dilatació.• Alguns elements de control automàtic de T (termòstats, termòmetres bimetàl·lics,...) basen el seu funcionament en la dilatació tèrmica. També s’ha de tenir present la dilatació a l’hora de realitzar construccions amb elements metàl·lics com ara ponts, vies de ferrocarril, edificis,... , ja que els canvis de t els poden sotmetre a grans tensions i provocar una deformació perillosa o, fins i tot, el trencament de l’estructura. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 59
  60. 60. PROPIETATS TÈRMIQUES DILATACIÓ TÈRMICA (λ) 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 60
  61. 61. MAGNETISME ASSAIGS MAGNÈTICS• Un camp magnètic és aquella regió de l’espai que envolta un imant o que es forma en el nucli d’un electroimant. Representem el camp magnètic mitjançant una sèrie de línies de força, de manera que com més juntes estiguin voldrà dir que més intens és el camp  les forces d’atracció o repulsió que provocarà seran més grans.• La permeabilitat magnètica (μ) ens dóna idea de la capacitat que té un material de concentrar o dispersar les línies de força. 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 61
  62. 62. MAGNETISME ASSAIGS MAGNÈTICS• Normalment es pren el valor de la permeabilitat en el buit com a referència (μ0), i llavors s’obté el valor de la permeabilitat relativa. μ On μr = permeabilitat relativa del material. μr μ = permeabilitat magnètica absoluta del material. μ0 μ0 = permeabilitat magnètica absoluta en el buit.• Segons sigui la permeabilitat podem classificar els materials en: Materials FERROMAGNÈTICS  Si μr > 1 Materials PARAMAGNÈTICS  Si μr = 1 Materials DIAMAGNÈTICS  Si μr < 1 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 62
  63. 63. MAGNETISME ASSAIGS MAGNÈTICS MATERIALS PARAMAGNÈTICS μr = 1• Són aquells que situats en un camp magnètic:  No s’imanten.  No desvien les línies de força.• Alguns materials paramagnètics són: Al, Sn, Cr, O, Ti,... (comportament similar al de l’aire). 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 63
  64. 64. MAGNETISME ASSAIGS MAGNÈTICS MATERIALS DIAMAGNÈTICS μr < 1• Són aquells que situats en un camp magnètic:  No s’imanten (o ho fan molt feblement).  Tendeixen a separar les LF  debiliten el camp.• Alguns materials diamagnètics són: Cu, Zn, Ag, Hg, H2O,... 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 64
  65. 65. MAGNETISME ASSAIGS MAGNÈTICS MATERIALS FERROMAGNÈTICS μr > 1• Són aquells que situats en un camp magnètic:  S’imanten.  Tendeixen a concentrar les LF  reforcen el camp.• Alguns materials ferromagnètics són: Fe, acer, Co, Ni,... 20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 65

×