Materiales: estructura, propiedades, ensayos y criterios de selección
Este bloque de la PAU de Tecnología e Ingeniería II comprueba si relacionas la estructura interna de un material con sus propiedades, si sabes cuantificarlas con el ensayo adecuado y si justificas una selección con criterios técnicos y económicos, no por intuición.
Estructura y propiedades
- Redes cristalinas: cúbica centrada en el cuerpo (BCC, Fe α), cúbica centrada en caras (FCC, Al, Cu, austenita) y hexagonal compacta (HCP, Mg, Ti). Los defectos -vacantes, dislocaciones, bordes de grano- explican el endurecimiento por deformación, por aleación y por tratamiento térmico.
- Aceros según el porcentaje de carbono: extraduces (menos del 0,25 %), de medio carbono (0,25-0,6 %) y de herramientas (más del 0,6 %); por encima del 2 % se habla de fundición. Templado, revenido, recocido y normalizado modifican dureza y tenacidad.
- Propiedades mecánicas: elasticidad (módulo de Young E), plasticidad, ductilidad, dureza, tenacidad, resiliencia, fragilidad, fatiga y fluencia. Propiedades tecnológicas: colabilidad, forjabilidad, mecanizabilidad y soldabilidad.
Ensayos
- Tracción: se obtiene la curva tensión-deformación convencional. σ = F/S₀; límite elástico σy (0,2 % de deformación permanente), resistencia a la tracción σu, alargamiento A = (Lf − L₀)/L₀ × 100 y estricción.
- Dureza: Brinell (HB, penetrador esférico), Vickers (HV, pirámide) y Rockwell (HRC, cono). Es un ensayo relativo y comparativo, no una magnitud fundamental.
- Resiliencia: péndulo de Charpy sobre probeta entallada; se mide la energía absorbida por unidad de sección (J/cm²).
- Fatiga: cargas cíclicas; la pieza rompe sin deformación apreciable, incluso por debajo de σu.
Criterios de selección
Se cruzan propiedades, proceso de fabricación, forma, coste y sostenibilidad (diagramas de Ashby, índices de mérito). El material más resistente no siempre es el mejor: hay que considerar densidad, mecanizabilidad, disponibilidad y reciclabilidad.
Ejemplo resuelto
Probeta de 10 mm de diámetro y L₀ = 50 mm que rompe con F = 31,4 kN y Lf = 56 mm. S₀ = π·5² = 78,5 mm²; σu = 31.400 N / 78,5 mm² ≈ 400 MPa. Alargamiento A = (56 − 50)/50 × 100 = 12 %. Interpretación: material resistente y dúctil; con A inferior al 5 % sería frágil y poco apto para conformado.
Errores que cuestan puntos
- Confundir el límite elástico σy con la resistencia a la tracción σu.
- No convertir kN a N ni mm² a m².
- Expresar la dureza como valor absoluto sin indicar la escala.
- Usar Lf en lugar de L₀ en el cálculo del alargamiento.