1. UNITAT 6
PROPIETATS I ASSAIGS
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 1

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. ELS MATERIALS I ELS PROCESSOS INDUSTRIALS
CRITERIS 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. 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 flexió
PROPIETATS A la torsió
MECÀNIQUES
Tenacitat Al cisallament
Ductil·litat
Plasticitat
Mal·leabilitat
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 4

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. 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. PROPIETATS MECÀNIQUES
RESISTÈNCIA 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
MODELS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
ASSAIG 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
ASSAIG DE TRACCIÓ
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 14

15. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
ESFORÇ UNITARI
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 17

18. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
ALLARGAMENT 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
ALLARGAMENT UNITARI
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 19

20. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
ZONA 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
ZONA 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
ZONA 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
RESISTÈNCIA 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. RESISTÈNCIA MECÀNICA I
PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIG DE TRACCIÓ
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 25

26. PROPIETATS MECÀNIQUES
CARACTERÍSTIQUES 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. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUES
PROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 27

28. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUES
PROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 28

29. CARACTERÍSTIQUES MECÀNIQUES
PROPIETATS MECÀNIQUES D’ALGUNS MATERIALS
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 29

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. 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. 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. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA
ASSAIG 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. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA
ASSAIG 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. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA
ASSAIG 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. PROPIETATS MECÀNIQUES DURESA ASSAIG BRINELL
RELACIÓ 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. 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. ASSAIG DE
PROPIETATS 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. ASSAIG DE
PROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT RESILIÈNCIA
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 39

40. ASSAIG DE
PROPIETATS MECÀNIQUES TENACITAT RESILIÈNCIA
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 40

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. 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. 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. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA
Ex: aliatges de Ti,
de Fe,...
No existeix trencament
Trencament després de 105 cicles
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 44

45. PROPIETATS MECÀNIQUES ASSAIGS DE FATIGA
Ex: aliatges de Cu,
d’Al,...
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 45

46. PROPIETATS MECÀNIQUES
ASSAIGS NO DESTRUCTIUS O DE DEFECTES
Les 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES o DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS 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. ASSAIGS NO DESTRUCTIUS
PROPIETATS MECÀNIQUES O DE DEFECTES
ASSAIGS PER ULTRASONS
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 54

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. 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. 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. 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. 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. PROPIETATS TÈRMIQUES DILATACIÓ TÈRMICA (λ)
20/12/2011 Unitat 6. Propietats i assaigs 60

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. 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. 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. 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. 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