Diferència entre la força i la duresa dels materials
Força
La força és l’estrès que un metall no es pot suportar abans que es deformi o es trenqui sota una sola càrrega aplicada. És una mesura de la capacitat d’un material de resistir la fractura quan està sotmesa a forces de tracció.
Resistència
La duresa és la quantitat d’energia necessària abans que es trenqui un material esquerdat. Com més dur sigui el material, més energia es requereix per fer que la fissura es propagui a la fractura. Per a un determinat aliatge, la menor resistència a la fractura significa una menor ductilitat. Per exemple, el vidre té una duresa molt baixa i, per tant, és molt trencadís.
Efecte de la càrrega sobre la fractura
Per a un component amb una fissura d’una longitud determinada, a mesura que disminueix la duresa de la fractura, la capacitat del component de suportar la càrrega abans de trencar també disminueix. Per contra, per a una càrrega determinada, a mesura que augmenta la duresa de la fractura, el component és capaç de tolerar esquerdes més llargues sense trencar -se. Com es mostra a la figura següent, per a qualsevol aliatge determinat, a mesura que augmenta la resistència a la tracció, la seva duresa disminueix. Per tant, quan es requereixen una gran duresa i una gran resistència, normalment és necessari canviar a un altre aliatge que compleixi els dos requisits.
Penseu en la força i la duresa en la selecció de materials
Els dissenyadors solen utilitzar materials amb la màxima força possible per permetre’ls minimitzar l’àrea de secció d’un component. Tanmateix, això pot conduir inadvertidament a l’ús de materials que no són prou difícils per suportar la fractura si es formen esquerdes petites durant la fabricació o durant l’ús. L’estrès de fatiga és una possible causa de formació de fissures.
La formació de fissures en components exposats a les condicions de fatiga sol ser prevista. En aquests casos, cal conèixer la duresa de la fractura per determinar quant de temps es pot utilitzar el component abans que la fissura es propagui fins al punt en què tota la secció transversal no pot suportar la càrrega i el component es trenca. Això s'aplica als components aeroespacials i als vaixells de pressió, com ara calderes.
Per als components estructurals exposats a les condicions de fatiga, els dissenyadors s’han de centrar tant en la força com en la duresa. La força ha de ser prou gran com per permetre que el material resisteixi la càrrega aplicada sense deformació. La duresa ha de ser suficient per permetre que el metall resisteixi la formació d’esquerdes de fatiga sense fallades catastròfiques.
