Selecció i Propietats dels Materials: Guia Completa

Criteris de Selecció de Materials

Els criteris de selecció de materials inclouen: propietats mecàniques i tèrmiques, qualitats estètiques, procés de fabricació, cost, disponibilitat i impacte ambiental.

Propietats Mecàniques dels Materials

Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials davant l'aplicació de forces externes. Aquestes forces s'oposen a les forces de cohesió internes. Si les forces externes superen les internes, el material es trencarà.

Assaigs Mecànics

Els assaigs serveixen per conèixer i mesurar les propietats d'un material. Els resultats mostren la resistència del material, que és la capacitat de suportar esforços.

Tipus d'Assaigs Mecànics

• Tracció: estirar
• Compressió: aixafar
• Flexió: doblegar
• Torsió: retorçar
• Cisellament: tallar

La tracció i compressió s'apliquen a materials de poca longitud, mentre que la flexió s'aplica a materials amb un cantell gran i poca longitud. La torsió i el cisellament s'apliquen a materials amb secció elevada. Quan es comprimeix un material i es torça cap avall, s'anomena vinclament.

Deformació

• Deformació elàstica: el material torna a la seva forma original.
• Deformació plàstica: el material no torna a la seva forma original.

Un material fràgil es trenca sense gairebé deformació prèvia, mentre que un material dúctil es deforma significativament abans de trencar-se.

Rigidesa i Tensió

La rigidesa és més gran quan més gran és el mòdul elàstic. La tensió màxima de treball és l'esforç unitari màxim. Les zones de deformació són: elàstica, plàstica (fluència, enduriment i trencament).

Duresa

La duresa és la resistència o oposició a ser penetrat o ratllat. L'assaig de duresa Brinell utilitza una esfera per a penetrar el material. S'aplica una força sobre l'esfera durant un temps i es mesura el diàmetre de la marca produïda.

Tenacitat

La tenacitat és la capacitat de resistència al xoc, contrari a fràgil. L'assaig de resiliència mesura l'energia necessària per trencar un material amb un cop (assaig Charpy). S'utilitza un pèndol amb una massa de 22 kg, i després de trencar el material, es mesura l'alçada màxima a la qual arriba el pèndol.

Fatiga

L'assaig de fatiga sotmet els materials a esforços repetitius amb canvi de sentit d'aplicació, intentant reproduir les condicions reals. El diagrama de Wöhler o corba S/N mostra la resistència a fatiga (N) i la vida a fatiga (nombre de cicles).

Assaigs No Destructius

Els assaigs no destructius no deixen marques i s'apliquen a peces elaborades per determinar la presència de defectes interns que redueixen la resistència mecànica. Aquests defectes poden ser fissures, esquerdes, porus o inclusions.

Tipus d'Assaigs No Destructius

• Assaig magnètic: S'aplica un camp magnètic a la peça. Si no té defectes, la permeabilitat magnètica serà constant. Limitació: només per a materials ferromagnètics.
• Assaig per raigs X i gamma: S'utilitza quan el material no és ferromagnètic o el defecte no és observable. La radiació travessa la peça i la imatge mostra els defectes per l'absorció dels rajos.
• Assaig per ultrasons: Similar a l'ecografia mèdica (20000 Hz). Les ones es dispersen davant de canvis en el medi. Un emissor i un receptor envien ones que es reflecteixen. Si hi ha un defecte, una part de l'ona arriba abans al receptor.

Propietats Tèrmiques dels Materials

Les propietats tèrmiques indiquen el comportament dels materials davant de l'energia tèrmica.

Conductivitat Tèrmica

La conductivitat tèrmica és la facilitat d'un material per permetre el flux d'energia a través d'ell.

Dilatació Tèrmica

La dilatació tèrmica és el fenomen que provoca l'augment de les dimensions d'un material. Depèn del material, l'increment de temperatura i pot ser lineal (longitud), superficial o cúbica (volum). Cada material té el seu propi coeficient de dilatació, que indica l'increment de dimensions per grau. La dilatació s'utilitza per saber la temperatura.

Esforç unitari E: mòdul elàstic; ε: allargament unitari; α: coeficient de dilatació tèrmica; n: coeficient de seguretat