Módulo de Young en materiales cerámicos y polímericos

Razonar si el módulo de Young de un material cerámico es, en general, mayor o menor que el de un material polimérico (Selectividad Andalucía 2016).

Un material cerámico es en general frágil, mientras que uno polimérico (plástico) es más dúctil. Por tanto sus diagramas de tracción podrían ser los siguientes:

Las tensiones aplicadas sobre un elemento resistente son directamente proporcionales a las deformaciones producidas, dentro del comportamiento elástico de los materiales.

Si se aplica en el diagrama σ-ε, se obtiene:

En esta representación, el valor de tan α se conoce como módulo elástico o módulo de Young (E), que representa la pendiente de la curva tensión-deformación en la región elástica.

Como se observa en la gráfica anterior la pendiente en un material dúctil (polimérico) es menor que en un material frágil (cerámico) por tanto el módulo de Young en un material cerámico será mayor que en uno polimérico.

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Diagrama de tracción material dúctil vs material frágil

Dibujar un diagrama de tracción característico de un material dúctil y de otro frágil, indicando las diferencias (Selectividad Andalucía 2016).

  • En un material frágil apenas existe deformación ya que el material rompe nada más superar el límite elástico; mientras que un material dúctil su deformación, una vez superado la zona elástica, es mucho mayor.
  • El módulo de Young de un material dúctil es menor que el de un material frágil ya que la pendiente es menor.

Diferencias ensayos estáticos y dinámicos

En relación con las características mecánicas de los materiales, explique la diferencia entre ensayos estáticos y ensayos dinámicos  (Selectividad Andalucía 2017).
  • Ensayos estáticos: son aquellos en los que la velocidad de aplicación de la fuerza no influye en el resultado. Un ejemplo de este tipo, es el ensayo de tracción.
  • Ensayos dinámicos: en ellos, la velocidad de aplicación de las fuerzas forma un papel importante en el ensayo. Un ejemplo de este tipo, es el ensayo de flexión, resiliencia, fatiga…

 

Ensayo de tracción: zonas que se pueden distinguir

Dibujar el diagrama esfuerzo/alargamiento unitario que se obtiene en un ensayo de tracción indicando las diferentes zonas que se pueden distinguir (Selectividad Andalucía Septiembre 2018).

Este ensayo mecánico consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un sistema de fuerzas exteriores (esfuerzo de tracción) en la dirección de su eje longitudinal hasta romperla.

Los resultados obtenidos en la realización de un ensayo de tracción se representan en una gráfica de tal manera que obtenemos una curva que relaciona las tensiones con las deformaciones relativas a la longitud inicial, llamadas alargamientos unitarios.

La representación gráfica de los valores obtenidos para abscisas (ε) y ordenadas (σ) se asemeja a la de la siguiente figura: Sigue leyendo

Tratamientos termoquímicos de los metales

¿En qué consisten los tratamientos termoquímicos de los metales? Cite dos ejemplos (Selectividad Andalucía Septiembre 2018).

Con estos tratamientos obtenemos piezas muy duras superficialmente, capaces de resistir desgastes, y más blandas en el centro, lo que les permite ser más tenaces.

Mediante estos tratamientos se modifica la composición química superficial del material, por lo tanto, las variables que controlamos son la temperatura, el tiempo y la composición química.

En general el procedimiento consiste en meter la pieza en un ambiente químico hasta una temperatura determinada, mantenemos esa temperatura el tiempo necesario para que se produzca una difusión atómica en la superficie de la pieza con una profundidad determinada y enfriamos. Sigue leyendo

Resiliencia y tenacidad

Explique la diferencia entre resiliencia y tenacidad (Selectividad Andalucía 2017).

La tenacidad es la capacidad de un material para soportar esfuerzos de rotura aplicados de manera lenta mientras que la resiliencia es lo mismo pero los esfuerzos son aplicados de manera brusca.

La tenacidad es la cantidad de energía absorbida por el material justo antes de romperse (cuando rompe). La resiliencia nos dice la energía almacenada durante la deformación elástica.

Fatiga de un material

Explique brevemente en qué consiste la fatiga de un material (Selectividad Andalucía 2017).

Cuando determinadas piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo del límite elástico, siempre que las cargas actúen durante un tiempo suficiente.

A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga.

Dispositivo para el ensayo de fatiga de una pieza en voladizo. Regulando la frecuencia de giro del motor se controla la frecuencia de los esfuerzos, que cambiarán alternativamente de tracción a compresión y viceversa.