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Materiales y fabricación · 1.º de Bachillerato

Los materiales y sus propiedades

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Objetivo

Al terminar sabrás clasificar los materiales técnicos, interpretar el ensayo de tracción y calcular tensiones, deformaciones y durezas.

En pocas palabras (lectura fácil)

Para madres, padres y tutores (1 minuto)

Explicación

Los materiales técnicos se agrupan en metálicos (ferrosos, como el acero y la fundición, y no ferrosos, como el aluminio o el cobre), poliméricos (plásticos y elastómeros), cerámicos (porcelana, vidrio) y compuestos (fibra de carbono, hormigón armado). Elegir bien un material exige conocer sus propiedades y su impacto ambiental.

Las propiedades mecánicas describen cómo responde un material a las fuerzas: elasticidad (recupera la forma), plasticidad (se deforma de forma permanente), dureza (resistencia a ser rayado o penetrado), tenacidad (energía que absorbe antes de romperse) y fragilidad (rompe con poca deformación). La ductilidad permite obtener hilos y la maleabilidad, láminas.

En el ensayo de tracción se estira una probeta normalizada. Se definen la tensión σ = F / S0 (en N/mm² = MPa) y la deformación unitaria ε = ΔL / L0 (sin unidades). En la zona elástica se cumple la ley de Hooke: σ = E · ε, donde E es el módulo de elasticidad (unos 200 GPa en el acero).

El diagrama tensión-deformación muestra la zona elástica, el límite elástico, la zona plástica, la tensión máxima o resistencia a la tracción y, en materiales dúctiles, la estricción antes de romper y, por último, la rotura. En diseño se trabaja con una tensión admisible σadm = σe / n, siendo n el coeficiente de seguridad.

La dureza se mide con ensayos como el Brinell: se presiona una bola de diámetro D con una carga F y se mide el diámetro d de la huella. HB = F / A, con A = π · D · (D - √(D^2 - d^2)) / 2 el área del casquete (F en kp y A en mm²).

Idea clave: Para elegir un material hay que comparar sus propiedades con lo que exige la pieza, y diseñar siempre por debajo del límite elástico con un coeficiente de seguridad.

Ejemplo resuelto: Una barra de acero de 3 m y 100 mm² de sección soporta una tracción de 15 kN. Con E = 200 GPa, calcula la tensión y el alargamiento.

  1. Paso 1 Tensión: σ = F / S0 = 15.000 N / 100 mm² = 150 N/mm² = 150 MPa.
  2. Paso 2 Comprobamos que está en zona elástica (límite elástico típico del acero estructural: unos 250-350 MPa).
  3. Paso 3 Deformación unitaria: ε = σ / E = 150 MPa / 200.000 MPa = 7,5 · 10^-4.
  4. Paso 4 Alargamiento: ΔL = ε · L0 = 7,5 · 10^-4 · 3.000 mm = 2,25 mm.

Resultado: σ = 150 MPa y la barra se alarga 2,25 mm, recuperando su longitud al retirar la carga.

Resumen

  • Familias: metales (ferrosos y no ferrosos), polímeros, cerámicos y compuestos.
  • Propiedades mecánicas: elasticidad, plasticidad, dureza, tenacidad, fragilidad, ductilidad y maleabilidad.
  • σ = F / S0, ε = ΔL / L0 y, en zona elástica, σ = E · ε.
  • σadm = σe / n; la dureza Brinell es HB = F / A.

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Estado curricular: Currículo general LOMLOE · Competencias: CE1. Análisis de productos y sistemas técnicos · CE2. Resolución de problemas técnicos · CE3. Uso del lenguaje técnico y matemático · CE5. Sostenibilidad y seguridad · Referencia: RD 243/2022 · Revisado el 28/10/2026