btx mats 1516 classe
TRANSCRIPT
TECNOLOGIA INDUSTRIAL
MATERIALS
Abril’16 – Materials – Diap 2 de 33
INTRODUCCIÓ
7000 PEDRA, ÍVORY, BANYES...
6000 FUSTA
3500 Metal·lurgia del COURE
3000 Cocció d’ARGILA
2000 BRONZE per armes
1400 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)
Abril’16 – Materials – Diap 3 de 33
1590 LENTS DE VIDRE (microscopis, Paísos Baixos)
1738 Proces per produir ZINC per destil·lació de carbó (William Champion)
1799 Primera BATERÍA ELÈCTRICA basada en coure i zinc. (Alessandro Volta)
1824 CIMENT PORTLAND (Joseph Aspin)
1825 ALUMINI METÀL·LIC (Hans Christian Orsted)
1839 VULCANITZACIÓ del cautxú (Charles Goodyear)
1855 PROCES BESSEMER per la producció massiva d’acer
1883 Primeres PLAQUES SOLARS (Charles Fritts)
1911 Descubriment de la SUPERCONDUCTIVITAT
1931 NEOPRÉ (Julius Nieuwland)
NYLON (Wallace Carothers)
1938 TEFLÓ (Roy Plunkett)
1947 Primer transistor de GERMANI
1954 6% d’eficiència en plaques solars de SILICI (Laboratoris Bell)
1970 FIBRA ÓPTICA (Corning)
Abril’16 – Materials – Diap 4 de 33
Abril’16 – Materials – Diap 5 de 33
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.
Abril’16 – Materials – Diap 6 de 33
CLASSIFICACIÓ
METALLS FÈRRICS
NO FÈRRICS
CERÀMIQUES
POLÍMERS
MATERIALS
COMPOSTOS
SEMICONDUCTORS
Abril’16 – Materials – Diap 7 de 33
PROPIETATS
MECÀNIQUES FÍSIQUES QUÍMIQUES Mòdul d’elasticitat
Límit elàstic
Resist a la tracció
Duresa
Resiliència (tenacitat)
R a la fatiga...
Densitat i pes específic
P elèctriques
P tèrmiques
P magnètiques
P òptiques
R a l’oxidació
R a la corrossió
ECONÒMIQUES DE FABRICACIÓ ESTÈTIQUES Preu i disponibilitat Maleabilitat
Ductilitat
Forjabilitat
Maquinabilitat
Aspecte
Color
Textura
Olor
Abril’16 – Materials – Diap 8 de 33
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).
Abril’16 – Materials – Diap 9 de 33
Aquesta darrera capa és la capa de valència i determina l'enllaç
IÒNIC COVALENT METÀL·LIC
Metall + no metall.
Transferència d’ e-.
Materials durs, fràgils i aïllants.
No metall + no metall.
Compartir e-.
Materials i propietats
diverses.
Metall + Metall.
Estructura rígida d’ions
positius i núvol d’ e-.
Bons conductors de calor i
electricitat.
Abril’16 – Materials – Diap 10 de 33
ESTATS
+ Mobilitat - GAS LÍQUID SÒLID
- Forces de cohesió +
LÍQUIDS I GASOS
Fluids (s’adapten al contenidor)
Gasos compresibles - Líquids incompresibles.
Abril’16 – Materials – Diap 11 de 33
SÒLIDS
Estructura cristal·lina (repetitiva) o vitrea (amorfa).
SUBSTÀNCIA VITREA SUBSTÀNCIA CRISTAL·LINA
Abril’16 – Materials – Diap 12 de 33
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.
Abril’16 – Materials – Diap 13 de 33
Abril’16 – Materials – Diap 14 de 33
DISLOCACIONS
Enduriment de metalls:
Disminució de la mida del gra
Formació de solucions sòlides
Deformació en fred
Abril’16 – Materials – Diap 15 de 33
Abril’16 – Materials – Diap 16 de 33
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
Abril’16 – Materials – Diap 17 de 33
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]
Abril’16 – Materials – Diap 18 de 33
TRACCIÓ
Coeficient de Poisson
Resistent: Secció gran
T=F/A T, tensió [Pa]
F, força [N]
A, àrea [m2]
Abril’16 – Materials – Diap 19 de 33
FLEXIÓ
Combinació de tracció i compressió.
Linia neutra
Resistent: Cantell gran i poca llargada
Abril’16 – Materials – Diap 20 de 33
CISALLAMENT
Resistent: Secció gran
Poca deformació prèvia
T=F/A
T, tensió [Pa]
F, força [N]
A, àrea [m2]
Abril’16 – Materials – Diap 21 de 33
TORSIÓ
Deformació en espiral
Resistent: Secció gran
Abril’16 – Materials – Diap 22 de 33
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
Abril’16 – Materials – Diap 23 de 33
ASSAIG DE TRACCIÓ
Abril’16 – Materials – Diap 24 de 33
DIAGRAMA DE TRACCIÓ
A
F
0L
L
nE
TR
Abril’16 – Materials – Diap 25 de 33
Duresa: Resistència a ser ratllat o penetrat.
Al ratllat: Escala de Mohs (minerals):
Abril’16 – Materials – Diap 26 de 33
A la penetració: Assaig Brinnell
A
FHBW 102,0
HBW, duresa Brinnell [ ]
F, Força del penetrador [N]
A, Área del casquet esfèric deixat a la proveta [mm2]
2
(· 22
2111 DDDD
A
D1, diàmetre del penetrador [mm]
D2, diàmetre de la marca [mm]
Assaig: Duresa HBW D1/F/t
Resultat: duresa / Resistència a la tracció (només acer):
HBWtracció ·45.3
Abril’16 – Materials – Diap 27 de 33
ASSAIG DE TENACITAT
Tenacitat: Resistència al xoc
Resiliència: Energia necessària per trencar un material d'un sol cop.
PÈNDOL DE CHARPY
A
EKCV c
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
Abril’16 – Materials – Diap 28 de 33
Abril’16 – Materials – Diap 29 de 33
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?
Abril’16 – Materials – Diap 30 de 33
Abril’16 – Materials – Diap 31 de 33
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
mesura del temps de tornada.
Abril’16 – Materials – Diap 32 de 33
PROPIETATS TÈRMIQUES
CONDUCTIVITAT POTÈNCIA TÈRMICA
L
TtAQ
Q, calor transmès [J]
λ, conductivitat tèrmica [W/m·ºC]
A, secció de contacte [m2]
t, temps [s]
ΔT, salt tèrmic [ºC o K]
L, llargada [m]
t
QPT
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]
: coeficiente de expansión térmica lineal del material, [º C -1]
Abril’16 – Materials – Diap 33 de 33
MATERIALS
Tecnologia Industrial
Pedro Lorenzo
Curs 2015/16
Març