Materiales: estructura, propiedades, ensayos y selección
En la PAU de La Rioja, este bloque evalúa si sabes relacionar la estructura interna de un material con sus propiedades medibles y justificar una selección con criterios cuantitativos. No basta con enumerar materiales: hay que interpretar ensayos, manejar unidades y comparar índices de mérito.
Estructura y propiedades
- Metales: estructura cristalina, defectos puntuales, dislocaciones y bordes de grano explican la deformación plástica y el endurecimiento. En aceros aparecen ferrita, cementita, perlita y martensita; el temple y el revenido modifican dureza y tenacidad.
- Polímeros: cadenas amorfas o semicristalinas, temperatura de transición vítrea y fluencia; composites: anisotropía y papel de la interfaz fibra-matriz.
- Propiedades mecánicas: módulo elástico E, límite elástico Re, resistencia a tracción Rm, alargamiento A, tenacidad (área bajo la curva tensión-deformación), dureza, resiliencia, fatiga y fluencia.
- Ensayos normalizados: tracción (UNE-EN ISO 6892-1), dureza Brinell, Rockwell y Vickers (ISO 6506, 6508 y 6507), impacto Charpy (UNE-EN ISO 148-1), fatiga y corrosión.
Selección de materiales
Se usan índices de Ashby: rigidez específica E/ρ, resistencia específica Rm/ρ, resistencia al coste, conductividad, resistencia a corrosión y reciclabilidad. La elección debe incluir un coeficiente de seguridad y el proceso de fabricación compatible.
Ejemplo resuelto
Una probeta de sección S0 = 100 mm² y L0 = 50 mm se ensaya a tracción. En el límite elástico soporta 25 kN: Re = 25 000/100 = 250 MPa. La carga máxima es 40 kN: Rm = 400 MPa. Rompe con Lf = 58 mm: A = (58-50)/50 × 100 = 16 %. Si la pendiente elástica es 200 GPa, el material es acero. Para una pieza ligera se compara Rm/ρ: acero 400/7,85 ≈ 51; aluminio 300/2,70 ≈ 111, luego el aluminio ofrece mejor resistencia específica, aunque exige revisar rigidez y fatiga.
Errores que restan puntos
- Confundir rigidez (E) con resistencia (Re o Rm): un material puede ser rígido y frágil.
- No convertir cm² a mm² o cm³ a m³ al calcular tensiones.
- Dar el alargamiento en mm en lugar de porcentaje.
- Usar dureza como sinónimo de tenacidad: la dureza no mide resistencia al impacto.
- Olvidar que la fatiga aparece con cargas cíclicas aunque la tensión sea inferior a Re.
- Elegir sin justificar coste, corrosión, densidad o reciclabilidad.