MATERIALES Y TRATAMIENTOS

 

TEMA 2. MATERIALES Y TRATAMIENTOS

1. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Las propiedades mecánicas describen el comportamiento de los materiales cuando se someten a fuerzas externas. 

Elasticidad

Capacidad de recuperar la forma original al desaparecer la carga. 

Plasticidad

Capacidad de deformarse permanentemente sin romperse. 

Derivadas de la plasticidad

• Ductilidad: formación de hilos.
• Maleabilidad: formación de láminas. 

Dureza

Resistencia a ser rayado o penetrado. 

Tenacidad

Capacidad de resistir impactos sin romperse.

Fragilidad

Facilidad para romperse con poca deformación. 

Resiliencia

Energía absorbida durante un impacto. 

Fatiga

Resistencia a cargas repetidas. 

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2. ENSAYO DE TRACCIÓN

Consiste en someter una probeta a una fuerza creciente hasta romperla. 

Zonas fundamentales

Zona de proporcionalidad (O-P)

Cumple la Ley de Hooke. 

Zona elástica (P-E)

La pieza recupera su forma. 

Límite elástico (E)

A partir de aquí aparecen deformaciones permanentes. 

Fluencia (F)

Característica de algunos aceros.Límite de rotura (R) Máxima tensión soportada. 

Tensión

$$𝜎=\frac{𝐹}{𝐴}$$

Donde:

• σ = tensión (Pa)
• F = fuerza (N)
• A = sección (m²)

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Deformación unitaria

$$𝜀=\frac{\mathrm{\Delta }𝐿}{{𝐿}_0}$$

Donde:

• ΔL = alargamiento
• L₀ = longitud inicial

Ley de Hooke        

Válida en la zona elástica:

$$𝜎=𝐸\cdot 𝜀$$

donde E es el módulo de Young o módulo de elasticidad.

PROBLEMAS RESUELTOS DE SELECTIVIDAD:

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PROBLEMA EBAU RESUELTO 1

Una barra de acero:

• Longitud = 500 mm
• Sección = 150 mm²
• Fuerza = 15 kN
• Alargamiento = 0,08 mm

Determina el módulo de elasticidad.

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Paso 1. Tensión

$$𝜎=\frac{15000}{150}$$$$𝜎=100𝑀𝑃𝑎$$

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Paso 2. Deformación

$$𝜀=\frac{0,08}{500}$$$$𝜀=0,00016$$

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Paso 3. Ley de Hooke

$$𝐸=\frac{100}{0,00016}$$$$𝐸=625000𝑀𝑃𝑎$$

✅ Resultado:

$$𝐸=625𝐺𝑃𝑎$$

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PROBLEMA EBAU RESUELTO 2

Una barra de acero tiene: 𝜎𝐸=310𝑀𝑃𝑎 y soporta 𝐹=10000𝑁 Calcular la sección mínima para no superar el límite elástico.

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Solución

$$𝐴=\frac{𝐹}{𝜎}$$$$𝐴=\frac{10000}{310}$$$$𝐴=32,26𝑚{𝑚}^2$$

✅ Resultado

$$𝐴=32,3𝑚{𝑚}^2$$

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PROBLEMA EBAU RESUELTO 3

Un acero tiene: 𝜎𝐸=300𝑀𝑃𝑎 Coeficiente de seguridad:  𝑛=3Determina la tensión máxima de trabajo.

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Solución

$${𝜎}_{𝑡}=\frac{300}{3}$$$${𝜎}_{𝑡}=100𝑀𝑃𝑎$$

✅ Resultado:

$$100𝑀𝑃𝑎$$

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3 ENSAYOS DE DUREZA

Brinell (HB)

Utiliza una bola de acero endurecido. 

Fórmula simplificada

$$𝐻𝐵=\frac{𝐹}{𝑆}$$

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Vickers (HV)

Utiliza una pirámide de diamante. 

$$𝐻𝑉=1,854\frac{𝐹}{{𝑑}^2}$$

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Rockwell

Mide la profundidad de penetración.

PROBLEMA EBAU RESUELTO 4

Ensayo Vickers:

$$𝐹=30𝑘𝑝$$$$𝑑=0,273𝑚𝑚$$

Calcular la dureza.

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Solución

$$𝐻𝑉=1,854\frac{30}{0,{273}^2}$$$$𝐻𝑉=746$$

✅ Resultado:

$$746𝐻𝑉$$

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4 ENSAYO DE RESILIENCIA (CHARPY)

Mide la energía absorbida en un impacto. 

$$𝜌=\frac{𝑚\cdot 𝑔(𝐻-ℎ)}{𝑆}$$

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PROBLEMA EBAU RESUELTO 5

Probeta:

• 10 × 10 mm
• Entalla = 2 mm

Péndulo:

• 30 kp
• H =1m
• h=0,34m

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Sección resistente

$$𝑆=10(10-2)=80𝑚{𝑚}^2$$

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Energía absorbida

$$𝐸=30(1-0,34)$$$$𝐸=19,8𝑘𝑝\cdot 𝑚$$

Aproximando:

$$19,8\cdot 9,81=194,2𝐽$$

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Resiliencia

$$𝜌=\frac{194,2}{80}$$$$𝜌=2,43𝐽\mathrm{/}𝑚{𝑚}^2$$

✅ Resultado:

$$2,43𝐽\mathrm{/}𝑚{𝑚}^2$$

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5. ALEACIONES HIERRO-CARBONO

Las más importantes industrialmente.

Aceros

Hasta aproximadamente:

$$2,1\mathrm{\%}𝐶$$

Fundiciones

Más de:

$$2,1\mathrm{\%}𝐶$$

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Constituyentes fundamentales

Ferrita

• Muy blanda.
• Muy dúctil. 

Cementita

• Muy dura.
• Muy frágil. 

Perlita

• Mezcla de ferrita y cementita. 

Austenita

• Solución sólida de carbono en hierro γ. 

Martensita

• Muy dura.
• Se obtiene mediante temple. 

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PROBLEMA EBAU RESUELTO 6

Una aleación contiene:

$$5\mathrm{\%}𝐶$$

Determinar:

• ¿Acero o fundición?
• ¿Hipoeutéctica o hipereutéctica?

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Solución

Como:

$$5>2,1$$

Es una fundición.

Además:

$$5>4,3$$

Es hipereutéctica.

✅ Resultado:

Fundición hipereutéctica.

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6. TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Modifican la microestructura sin alterar la composición química. 

Temple

• Calentamiento.
• Enfriamiento rápido.

Produce martensita.

Aumenta:

• Dureza.
• Resistencia.

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Revenido

Se realiza tras el temple.

Reduce fragilidad. 

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Recocido

Aumenta:

• Ductilidad.
• Plasticidad.

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Normalizado

Refina el tamaño de grano. 

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PREGUNTA TÍPICA EBAU

¿Por qué una pieza templada suele revenirse posteriormente?

Porque el temple produce gran dureza pero también fragilidad. El revenido elimina tensiones internas y aumenta la tenacidad. 

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7. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

Modifican la composición superficial.

Cementación

Aumenta carbono superficial.

✅ Mayor dureza.

Nitruración

Introduce nitrógeno.

✅ Gran resistencia al desgaste.

Carbonitruración

Introduce carbono y nitrógeno.

✅ Alta dureza superficial.

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10. NUEVOS MATERIALES

Grafeno

Características:

• Más resistente que el acero.
• Muy ligero.
• Excelente conductor.
• Flexible.
• Transparente.

Aplicaciones

• Electrónica flexible.
• Baterías.
• Sensores.
• Aeronáutica.

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Superconductores

Materiales que presentan resistencia eléctrica prácticamente nula a muy bajas temperaturas. 

Aplicaciones:

• Resonancia magnética.
• Trenes de levitación.
• Almacenamiento energético.

RESUMEN EBAU

Fórmulas imprescindibles

$$𝜎=\frac{𝐹}{𝐴}$$$$𝜀=\frac{\mathrm{\Delta }𝐿}{𝐿}$$$$𝐸=\frac{𝜎}{𝜀}$$$${𝜎}_{𝑡}=\frac{{𝜎}_{𝐸}}{𝑛}$$$$𝐻𝑉=1,854\frac{𝐹}{{𝑑}^2}$$$$𝜌=\frac{𝑚\cdot 𝑔(𝐻-ℎ)}{𝑆}$$

Preguntas frecuentes

✅ Ley de Hooke.

✅ Diagrama tensión-deformación.

✅ Diferencia entre elasticidad y plasticidad.

✅ Ferrita, perlita, cementita y martensita.

✅ Temple, recocido y revenido.

✅ Ensayos Brinell, Vickers y Charpy.

✅ Grafeno y superconductores.

Este formato coincide con los contenidos que más se repiten en los ejercicios de Materiales de la EBAU andaluza de Tecnología e Ingeniería II.