Problema 2. Disseny i selecció de materials sota… · Ciencia de Materiales UB Juny 2018

Problema 2. Disseny i selecció de materials sota criteris de fluència, fractura i creep

En una instal·lació de reciclatge i recuperació de ferralla es requereix una barra cilíndrica per suspendre i transportar una cubeta fins al forn de fusió. La barra treballa sota sol·licitació de tracció pura amb una càrrega màxima de la cubeta de 1,2 tones (1,2 Tn). La longitud de la barra és d'1 m.

Es disposa de dues barres rodones comercials:

Una barra d' aliatge Ni-Fe de 9 mm de diàmetre.

Una barra d' acer Maraging de 10 mm de diàmetre.

Mitjançant un assaig no destructiu per ultrasons es garanteix que no hi ha esquerdes internes de longitud superior a 1 mm (és a dir, mida de defecte intern crític $2a = 1\text{ mm} \rightarrow a = 0{,}5\text{ mm}$). Se sap que el factor de forma geomètric val $Y = 1{,}2$.

La instal·lació ha d'operar de forma ininterrompuda durant un període de servei de 15 anys a 400 °C sense revisions intermèdies. El disseny requereix aplicar un factor de seguretat de 2.

Taula de propietats a 400 °C:

MATERIAL

$\sigma_{0{,}2\%}$ (MPa)

$\sigma_M$ (MPa)

$K_{Ic}$ (MPa$\sqrt{\text{m}}$)

$E$ (GPa)

$\rho$ (kg/m³)

$A$ (%)

Acer maraging

500

850

66

200

7790

65%

Aliatge Ni-Fe

450

720

58

204

7990

45%

Per a l'estudi de fluència tèrmica (creep) es disposa de les corbes de Larson-Miller:

a.

Determineu si cadascun dels dos materials és apte per al servei considerant els criteris de fluència mecànica, fractura fràgil i fluència tèrmica (creep).

b.

En cas que tots dos siguin aptes, escolliu el material que proporcioni el menor pes de la barra.