Materiales: propiedades, estructura, ensayos y selección
Este bloque de Tecnología e Ingeniería II evalúa tres cosas: leer propiedades a partir de un ensayo, explicar cómo la estructura y los tratamientos térmicos las modifican, y justificar la selección de un material con criterios de prestaciones, coste y sostenibilidad.
Propiedades mecánicas y su medida
- Tracción: σ = F/S₀ en MPa (1 MPa = 1 N/mm²) y ε = ΔL/L₀, adimensional o en %.
- En la zona elástica lineal, E = σ/ε es el módulo de Young (GPa). Depende del enlace atómico: no cambia con el temple ni con el conformado.
- El límite elástico σe (cedencia al 0,2 %) y la carga de rotura σR son distintos; entre ambos hay deformación plástica.
- Alargamiento a rotura A % y estricción Z % miden ductilidad; el péndulo Charpy mide resiliencia (J).
- Dureza Brinell: HB = 2F / [πD(D − √(D² − d²))], con F en N y D, d en mm.
- Otras solicitaciones: fatiga (carga cíclica), fluencia (temperatura alta), desgaste y corrosión.
Estructura y tratamientos
- Redes BCC (ferrita), FCC (austenita) y HCP; el hierro es alotrópico (FCC por encima de 912 °C).
- Diagrama Fe-C: el eutectoide está en 0,77 % C y 727 °C y da perlita (ferrita + cementita).
- Temple: austenizar y enfriar rápido para obtener martensita, dura y frágil; exige revenido posterior.
- Recocido: ablanda y elimina tensiones; normalizado: afina el grano; cementación: endurece la superficie.
- El conformado en frío endurece por acritud y el recocido lo revierte.
Ejemplo resuelto
Probeta de acero con L₀ = 50 mm y S₀ = 100 mm². En el límite elástico soporta 50 kN y se alarga 0,12 mm. σe = 50 000 N / 100 mm² = 500 MPa; ε = 0,12 / 50 = 0,0024; E = 500 / 0,0024 ≈ 208 000 MPa = 208 GPa, coherente con un acero. Si el mismo acero se templa, σe sube, pero E sigue en unos 210 GPa: la rigidez no se negocia con tratamientos.
Errores que restan puntos
- Llamar rotura al límite elástico o mezclar σe y σR en la misma frase.
- Dejar E en N/mm² cuando se pide en GPa, o usar % donde se pide ε.
- Afirmar que el temple aumenta el módulo de Young.
- Elegir material solo por precio cuando el enunciado pide justificar corrosión, densidad o reciclabilidad.