Els materials 2015

ELS MATERIALS I LES SEVES ELS MATERIALS I LES SEVES PROPIETATSPROPIETATS

Glòria García GarcíaGlòria García García 20162016

Els materials i els processos industrialsEls materials i els processos industrialsEn qualsevol procés industrial són necessaris:

◦Energia◦Maquinària◦Materials

S’utilitzen criteris de selecció dels materials:◦Les propietats◦Les qualitats estètiques◦El procés de fabricació◦El cost◦La disponibilitat◦L’impacte ambiental

Les propietatsLes propietats

Les propietats d’un determinat material depenen de:

◦Els elements químics

◦Estructura interna i dels tipus d’enllaços

◦Procés de fabricació dels materials

Tipus d’elements químicsTipus d’elements químicsGasos Nobles: Gasos Nobles: tenen la capa externa

completa d’e. Són químicament inerts. Heli, neó, argó, criptó, xenó i radó.

No metalls: No metalls: els hi falta algun electró a la capa exterior. Tenen tendència a capturar electrons que els falten per convertir-se en anions i ser estables. Exemples: F, Cl, O, H, N …

Metalls: Metalls: tenen pocs electrons en la capa externa, tenen tendència a cedir electrons i convertir-se en cations. Exemples: Mg, Fe, Cr, Zn, Al, Cu…

Enllaços químicsEnllaços químicsEnllaç iònic:Enllaç iònic:

◦Entre metall i no metall.◦Es formen forces electrostàtiques entre anions i

cations formant xarxes cristal·lines iòniques.◦Les substàncies iòniques resultants com el clorur

de sodi són: sòlides a T ambient, són solubles en aigua, tenen bona conductivitat eléctrica, dures, fràgils i tenen un punt de fusió molt alt.

Enllaços químicsEnllaços químicsEnllaç covalent:Enllaç covalent:

◦Entre àtoms d’un mateix element generalment entre no metalls. Dos àtoms comparteixen electrons.

◦Són generalment líquids, gasosos i sòlids tous.◦Tenen punt de fusió i ebullició menor.◦Són solubles en aigua però no formen ions.◦No són conductors de l’electricitat ni de la calor.

Enllaços químicsEnllaços químicsEnllaç metàl·lic:

◦Els átoms dels metalls cedeixen els seus electrons i es transformen en cations que formen una xarxa cristal·lina i els electrons cedits formen un núvol electrònic alvoltant dels ions que es pot moure.

◦Són substàncies sòlides a T ambient excepte el mercuri.

◦Bones propietats mecàniques i són bons conductors de l’electricitat i la calor.

◦Substàncies isomorfes i polimorfes.◦Varietat al·lotròpica.

Principals grups de materialsPrincipals grups de materials

CERÀMICS: CERÀMICS: fràgils, durs, aillants elèctrics, suporten altes T, resistents a la corrosió, resistència mecànica a la fricció i al desgast. Exemples: ceràmica, vidre.

PLÀSTICS: PLÀSTICS: aillants elèctrics, dúctils, mal·leables, tous, fàcil emmotllament, lleugers, resistents a les condicions climàtiques. (polietilè, cautxú…)

Principals grups de materialsPrincipals grups de materials

METALLS: METALLS: resistència mecànica, corrosió i oxidació, dilatació, conductors elèctrics i tèrmics, dìctils, mal·leables, lluents i durs. (Ni, Pb…)

FUSTES: FUSTES: aillant elèctric i tèrmic, lleuger, material natural i ecològic, resistència mecànica intermitja, tou, no dùctil, ni mal·leable, naturals o artificials. (pi, contraplacat…)

Principals grups de materialsPrincipals grups de materials

PETRIS: PETRIS: resistència mecànica, durs, resistència mecànica, durs, aillants tèrmics i elèctrics, resistents a altes aillants tèrmics i elèctrics, resistents a altes T. (toxanes, marbre…)T. (toxanes, marbre…)

FIBRES: FIBRES: dúctils, resistents a la tracció, poden ser naturals i artificials. (cotó i poliéster).

Principals grups de materialsPrincipals grups de materials

MATERIALS COMPOSTOS: MATERIALS COMPOSTOS: milloren les propietas que els materials individuals que els formen. Bona resistència mecànica.

(formigó, metalls amb reforç de fibre de vidre…)

NANOMATERIALS: NANOMATERIALS: gran tenacitat, milloren les propietats mecàniques i elèctriques. (grafè, nanocel·lulosa…)

PROPIETATS MECÀNIQUESPROPIETATS MECÀNIQUESLes propietats mecàniques dels materials tenen els seu origen en les forces de cohesió entre els àtoms o les molècules. Aquestes forces de cohesió depenen de com s’ordenen els àtoms i dels tipus de xarxes formen i alhora aquestes depenen de les condicions de formació del material a l’escorça terrestre o al laboratori.Si els materials tenen forces de cohesió fortes fan que no es deformin quan estan sotmesos a forces externes. Recordem que les force de cohesió mantenen l’estat sòlid dels materials.

FatigaFatigaÉs la resistència al trencament d’un material

sotmès a esforços de magnitud o sentit variable.

Exemples: en la construcció de peces que formen part d’una màquina que estan sotmeses a esforços de magnitud variable com els eixos dels motors que estan sotmesos a esforços de torsió variables.

CONCEPTE D’ESFORÇCONCEPTE D’ESFORÇÉs la força per unitat de superfície aplicada a un material. És també anomenat tensió: =F/A (N/mm2) (MPa)La força es pot aplicar de forma diferent respecte la secció o superfície:◦Forces perperdinculars: tracció i compressió i donen deformacions lineals.◦Forces paral·les o tangencials: forces tallants o de cisallament i causen deformacions angulars.

CONCEPTE DE FORÇACONCEPTE DE FORÇA Una força és una acció capaç de produir o modificar l'estat de repòs o de  moviment d'un cos o de produir-hi deformacions. La unitat N.

Anomenem resistència la capacitat que té un  material de resistir forces sense deformar-se excessivament ni trencar-se.

ESFORÇ DE FLEXIÓESFORÇ DE FLEXIÓEs una combinació d’esforços tracció i d’esforcos de compressió. (bigues).

Línea neutra

ESFORÇ DE CISALLAMENTESFORÇ DE CISALLAMENTAplicació de dues forces tangencials amb punts d’aplicació molt propers i originen desplaçaments angulars.