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Materiales y fabricación

Este tema estudia por qué un material se comporta como lo hace —desde su estructura interna y enlaces hasta sus propiedades macroscópicas— y cómo se mide ese comportamiento mediante ensayos normalizados (tracción, dureza, resiliencia, fatiga). A partir de ahí se eligen los procesos de fabricación industrial (conformado, mecanizado, unión y fabricación aditiva, con apoyo de CAD/CAM) y se valora la mejora sostenible de los materiales mediante el ciclo de vida, el reciclaje y la economía circular. Es un bloque plenamente evaluable en la materia de modalidad Tecnología e Ingeniería de 2.º de Bachillerato, donde la interpretación del diagrama tensión-deformación y la selección justificada de materiales y procesos son objetivos recurrentes en la PAU.

5 secciones~28 min de lectura2 competenciasRevisado · 07/2026

T·0222 / 11

Perfil de examen

CE2 · Seleccionar materiales y elaborar estudios de impacto, aplicando criterios técnicos y de sostenibilidad para fabricar productos de calidad que den respuesta a problemas y tareas planteados, desde un enfoque responsable y ético.II.2.1 · Analizar la idoneidad de los materiales técnicos en la fabricación de productos sostenibles y de calidad, estudiando su estructura interna, propiedades, tratamientos de modificación y mejora de sus propiedades.

Operadores:analizaexplicacalculajustificainterpretarelacionarazonaselecciona

nivel básico

Como contenido común exigible debes dominar la lectura del diagrama tensión-deformación (límite elástico, resistencia a tracción, módulo de Young) y distinguir los grandes procesos de fabricación y la lógica de la economía circular.

nivel avanzado

En la profundización de modalidad se espera que justifiques numéricamente la selección de un material o un proceso combinando varias propiedades y ensayos, y que razones el ciclo de vida completo de una pieza.

Profundidad

Texto

Contenido · 5 secciones

Materiales y fabricación

5 secciones20 puntos clave6 fórmulas20 errores típicos

Estructura interna y clasificación de los materiales#

~5 min de lecturaBásicoBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Estructura interna. Propiedades y procedimientos de ensayo.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Materiales técnicos y nuevos materiales. Clasificación y criterios de sostenibilidad. Selección y aplicaciones características.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.1: «Analizar la idoneidad de los materiales técnicos en la fabricación de productos sostenibles y de calidad, estudiando su estructura interna, propiedades, tratamientos de modificación y mejora de sus propiedades.»

Para entender las propiedades de un material hay que mirar primero su escala más íntima: el tipo de enlace que une sus átomos y la forma en que estos se ordenan en el espacio. La regla de oro de la ciencia de materiales —y la idea que vertebra todo este tema— es que «la estructura determina las propiedades»: dos sólidos formados por los mismos átomos pueden ser tan distintos como el grafito blando y el diamante durísimo solo porque su enlace y su red cristalina son diferentes.

Según el enlace predominante distinguimos cuatro familias. El enlace metálico (una «nube» de electrones libres compartida por cationes ordenados) explica que los metales conduzcan bien la electricidad y el calor, sean dúctiles y maleables y presenten brillo característico. El enlace iónico (atracción entre iones de signo opuesto, típico de las cerámicas y muchos compuestos) da materiales duros, frágiles, con alto punto de fusión y aislantes en estado sólido. El enlace covalente (compartición localizada de electrones) origina sólidos muy duros y direccionales como el diamante o los semiconductores. Las fuerzas intermoleculares débiles (Van der Waals, enlaces de hidrógeno) entre largas cadenas explican la ligereza y flexibilidad de los polímeros.

A escala superior, los sólidos pueden ser cristalinos —sus átomos se repiten de forma periódica en una red— o amorfos, sin orden de largo alcance (el vidrio o muchos polímeros). En los metales las celdas elementales más frecuentes son la cúbica centrada en el cuerpo (BCC, como el hierro α), la cúbica centrada en las caras (FCC, como el aluminio o el cobre) y la hexagonal compacta (HCP, como el cinc). El número de planos de deslizamiento de cada red condiciona la ductilidad: las redes FCC, con muchos planos compactos, suelen ser más dúctiles que las HCP (Fig. 1). Los defectos de la red —en especial las dislocaciones— no son una imperfección anecdótica: su movimiento es lo que permite la deformación plástica, y bloquearlo (con aleantes, granos finos o endurecimiento por deformación) es la forma de aumentar la resistencia de un metal.

Celdas cristalinas elementales de los metales (BCC, FCC, HCP)

Fig. 1 ↓

Combinando criterios de uso y composición, los materiales de interés tecnológico se clasifican en cinco grandes grupos: metales y aleaciones (férricos como los aceros y fundiciones, y no férricos como el aluminio, el cobre o el titanio); cerámicos y vidrios; polímeros (termoplásticos, termoestables y elastómeros); materiales compuestos o composites (una matriz reforzada con fibras, p. ej. la fibra de carbono); y los materiales semiconductores y de nueva generación. Esta clasificación no es un mero catálogo: anticipa el perfil de propiedades —y por tanto las aplicaciones y los procesos de fabricación viables— de cada familia, que es justo lo que el resto del tema desarrolla.

Vocabulario

→ Tarjetas

Enlace metálicoUnión de cationes ordenados mediante una nube de electrones libres compartida; explica la conductividad, el brillo y la ductilidad de los metales.
Red cristalinaDisposición periódica y repetida de los átomos en el espacio; su celda elemental es el motivo mínimo que se repite.
Material amorfoSólido cuyos átomos no presentan orden de largo alcance, como el vidrio o algunos polímeros.
DislocaciónDefecto lineal de la red cuyo desplazamiento produce la deformación plástica; frenarlo es la forma de endurecer un metal.
Plano de deslizamientoPlano cristalino compacto por el que se mueven las dislocaciones; cuantos más tiene una red, más dúctil resulta el metal.
Celda FCCCelda cúbica centrada en las caras, con un átomo en el centro de cada cara; propia del aluminio y el cobre, y muy dúctil.
Material compuestoMaterial formado por una matriz reforzada con fibras o partículas, que combina propiedades que ninguno de sus componentes tiene por separado.

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Ejemplo resuelto

De la estructura a la propiedad

Justifica, a partir de su estructura interna, por qué el acero (aleación de hierro y carbono) es un buen material estructural mientras que un vidrio cerámico se rompe sin avisar pese a ser muy duro.

Identifica el enlace y la estructura del acero
El acero es metálico: cationes de hierro inmersos en una nube de electrones libres, ordenados en una red cristalina (BCC o FCC según la temperatura). Esa nube electrónica permite el movimiento de dislocaciones.
Deduce sus propiedades
El movimiento de dislocaciones permite deformación plástica: el acero es dúctil y tenaz, avisa con deformación antes de romper y conduce bien calor y electricidad.
Identifica el enlace y la estructura del vidrio cerámico
Predominan enlaces iónico-covalentes fuertes y direccionales y, en el vidrio, una estructura amorfa sin planos de deslizamiento; no hay dislocaciones móviles.
Deduce sus propiedades
Sin mecanismo de deformación plástica, la energía se acumula hasta que una grieta se propaga de golpe: el material es muy duro pero frágil y aislante.

Resultado: El acero es dúctil y tenaz por su enlace metálico y sus dislocaciones móviles; el vidrio cerámico es duro pero frágil porque sus enlaces fuertes y su falta de planos de deslizamiento impiden la deformación plástica.

Errores frecuentes

Confundir «cristalino» con «transparente»: un metal opaco como el cobre es cristalino, mientras que el vidrio, transparente, es amorfo.
Atribuir la deformación plástica a la rotura de enlaces átomo a átomo, cuando en realidad se debe al deslizamiento de dislocaciones a través de la red.
Llamar amorfo a todo polímero: muchos termoplásticos, como el PET o el polietileno, son semicristalinos; amorfo significa sin orden de largo alcance, no «polímero».
Deducir de «enlace fuerte» que el material será resistente: los enlaces iónico-covalentes de una cerámica la hacen durísima y a la vez frágil, porque impiden la deformación plástica que absorbe energía antes de romper.

Repaso activo

Explica, partiendo del tipo de enlace y de la estructura interna, por qué el cobre es un buen conductor eléctrico y dúctil mientras que una cerámica como la alúmina es aislante y frágil. Indica al menos dos propiedades de cada material y relaciónalas con su enlace.

Practicar con ejercicios afines8 preguntas de este tema

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022, de 5 de abril, por el que se establecen la ordenación y las enseñanzas mínimas del Bachillerato (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)) · Ciencia y Tecnología de los Materiales (2011) (Universidad de Cantabria — OpenCourseWare (OCW)) · Problemas de ciencia de materiales (Universitat Politècnica de València — RiuNet)

Propiedades de los materiales y ensayo de tracción#

~6 min de lecturaEstándarBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Estructura interna. Propiedades y procedimientos de ensayo.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.1: «Analizar la idoneidad de los materiales técnicos en la fabricación de productos sostenibles y de calidad, estudiando su estructura interna, propiedades, tratamientos de modificación y mejora de sus propiedades.»

Las propiedades de un material describen su respuesta ante los distintos agentes externos y se agrupan en familias: mecánicas (resistencia, dureza, tenacidad, elasticidad, plasticidad, ductilidad, fragilidad), térmicas (dilatación, conductividad, calor específico, punto de fusión), eléctricas y magnéticas (conductividad o resistividad, comportamiento dieléctrico), químicas (resistencia a la corrosión y a la oxidación) y tecnológicas (las que condicionan su fabricación: maquinabilidad, soldabilidad, colabilidad, forjabilidad). De todas ellas, las mecánicas son las protagonistas en la PAU porque se cuantifican con el ensayo de tracción.

El ensayo de tracción somete una probeta normalizada a una fuerza creciente de tracción y registra la fuerza F y el alargamiento. Para que el resultado no dependa de las dimensiones de la probeta, se trabaja con magnitudes específicas: la tensión nominal sigma = F / S0 (fuerza dividida por la sección inicial) y la deformación unitaria epsilon = (L − L0) / L0 (alargamiento relativo, adimensional). Representando sigma frente a epsilon se obtiene el diagrama tensión-deformación, la huella dactilar mecánica del material (Fig. 2).

Curva tensión–deformación de un material dúctil

Fig. 2Ensayo de tracción: zona elástica lineal (ley de Hooke) hasta el límite elástico, zona plástica con endurecimiento hasta la resistencia máxima (Rm) y estricción descendente hasta la rotura.

Fig. 2 ↓

En la zona elástica inicial la relación es lineal: se cumple la ley de Hooke, sigma = E · epsilon, donde la pendiente E es el módulo de Young o módulo de elasticidad, una medida de la rigidez del material (acero ≈ 210 GPa; aluminio ≈ 70 GPa). Si se retira la carga en esta zona, la probeta recupera su longitud. El final de la zona elástica es el límite elástico sigma_e: superado, aparece deformación plástica permanente. La curva alcanza un máximo en la resistencia a la tracción sigma_R (la tensión máxima que soporta el material), tras el cual aparece la estricción (un estrechamiento localizado) y la probeta acaba rompiendo en el punto de rotura.

Del diagrama se leen además dos rasgos cualitativos clave. La tenacidad es la energía que el material absorbe hasta romper y se corresponde con el área total bajo la curva: un material tenaz combina resistencia y deformación. La ductilidad mide cuánto se deforma plásticamente antes de romper (un material dúctil como el acero recocido tiene una curva larga; uno frágil como una fundición o una cerámica rompe casi sin zona plástica). Para los materiales que no presentan un límite elástico claro se define el límite elástico convencional al 0,2 %, trazando una paralela a la recta de Hooke desde epsilon = 0,002.

Vocabulario

→ Tarjetas

Tensión nominal (σ)Cociente entre la fuerza aplicada y la sección inicial de la probeta, σ = F/S₀; se expresa en MPa, y 1 MPa equivale a 1 N/mm².
Deformación unitaria (ε)Alargamiento relativo respecto de la longitud inicial, ε = ΔL/L₀; es adimensional y a menudo se da en tanto por ciento.
Módulo de Young (E)Pendiente de la recta elástica del diagrama, E = σ/ε; mide la rigidez y vale unos 210 GPa en el acero y unos 70 GPa en el aluminio.
Límite elástico (σe)Tensión a partir de la cual la deformación deja de ser reversible y aparece deformación plástica permanente.
Límite elástico convencional al 0,2 %Valor que se toma como límite elástico cuando la curva no tiene codo visible: se traza una paralela a la recta de Hooke desde ε = 0,002 y se lee dónde corta a la curva.
Resistencia a la tracción (Rm)Tensión máxima que alcanza el diagrama; a partir de ella aparece la estricción y la curva nominal desciende.
TenacidadEnergía que el material absorbe por unidad de volumen hasta romper; equivale al área total bajo la curva tensión-deformación y se mide en J/m³.

Tensión nominal

\sigma = \dfrac{F}{S_0}

Fuerza aplicada dividida entre la sección inicial de la probeta. En el SI se mide en pascales (Pa); en la práctica suele usarse el megapascal: 1 MPa = 1 N/mm^2.

Deformación unitaria

\varepsilon = \dfrac{L - L_0}{L_0} = \dfrac{\Delta L}{L_0}

Alargamiento relativo respecto de la longitud inicial. Es adimensional (a menudo se expresa en %).

Ley de Hooke y módulo de Young

\sigma = E \cdot \varepsilon \quad\Rightarrow\quad E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon}

En la zona elástica la tensión es proporcional a la deformación; la constante de proporcionalidad E (pendiente de la recta) es el módulo de Young y mide la rigidez.

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Ejemplo resuelto

Cálculo del límite elástico y del módulo de Young

Una probeta cilíndrica de acero de 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud inicial entra en fluencia con una fuerza de 33 kN, alargándose 0,100 mm en ese instante. Calcula el límite elástico (MPa) y estima el módulo de Young (GPa).

Calcula la sección inicial
S0 = pi · r^2 = pi · (5 mm)^2 = 78,54 mm^2.
Calcula el límite elástico
sigma_e = F / S0 = 33000 N / 78,54 mm^2 = 420,2 N/mm^2.
Calcula la deformación unitaria
epsilon = ΔL / L0 = 0,100 mm / 50 mm = 0,00200.
Estima el módulo de Young
E = sigma_e / epsilon = 420,2 MPa / 0,00200 = 210100 MPa ≈ 210 GPa, el valor típico del acero.

Resultado: Límite elástico sigma_e ≈ 420 MPa y módulo de Young E ≈ 210 GPa, coherente con un acero.

Explicación paso a paso7 pasos

1
El ensayo registra una fuerza y un alargamiento, pero esos dos números dependen del tamaño de la probeta: una barra gruesa aguanta más newtons sin que su material sea mejor. El primer paso del método consiste en borrar la geometría.
Dos cocientes que borran el tamaño de la probeta
$\sigma = \frac{F}{S_0}, \qquad \varepsilon = \frac{\Delta L}{L_0}$
F es la fuerza aplicada (N), S₀ la sección inicial (mm²), ΔL el alargamiento (mm) y L₀ la longitud inicial entre marcas (mm). σ sale en N/mm², que es exactamente 1 MPa; ε no tiene unidades. Dos probetas del mismo acero, una gruesa y otra fina, dan curvas fuerza-alargamiento distintas pero la MISMA curva σ-ε.
2
Con esas dos magnitudes en los ejes aparece un tramo recto inicial. Toda la ingeniería de estructuras vive dentro de ese tramo, y la constante que lo describe no es un punto de la recta sino su inclinación.
Ley de Hooke: la recta inicial
$\sigma = E\,\varepsilon \quad\Longrightarrow\quad E = \frac{\sigma}{\varepsilon}$
E es el módulo de Young, en MPa o GPa, y es la PENDIENTE de la recta. Vale unos 210 GPa en el acero y unos 70 GPa en el aluminio: el acero es tres veces más rígido. Mientras la tensión se mantiene en ese tramo, al retirar la carga la probeta recupera su longitud inicial.
3
Combinando las tres relaciones anteriores se obtiene lo único que se pide en un problema real: cuánto se estira una pieza concreta bajo una carga concreta.
Lo que la recta permite predecir
$\Delta L = \frac{F\,L_0}{E\,S_0}$
Con F en N, L₀ y ΔL en mm, S₀ en mm² y E en N/mm², el resultado sale en milímetros. Conviene separar dos ideas que se mezclan: la rigidez del MATERIAL depende solo de E, mientras que la rigidez de la PIEZA depende además de su geometría, a través de S₀ y L₀.
4
Esa fórmula tiene fecha de caducidad, y saber dónde está es lo que separa un cálculo válido de uno inservible.
El límite elástico marca el final de la fórmula
$\sigma \le \sigma_e \;\Longrightarrow\; \text{deformación reversible}$
σe es la tensión, en MPa, a la que aparece deformación permanente. Por encima de ella la ley de Hooke ya no describe el material y la pieza no vuelve a su longitud. Dimensionar consiste justamente en imponer F/S₀ ≤ σe y despejar la sección mínima S₀ ≥ F/σe.
5
En muchos materiales ese punto no se ve: la curva se dobla poco a poco y no hay ningún escalón que señalar. La norma resuelve el problema con un convenio geométrico.
Cuando no hay codo: el límite convencional al 0,2 %
$R_{p0{,}2}:\ \text{recta paralela a la de Hooke desde } \varepsilon = 0{,}002$
Se traza una paralela a la recta elástica que arranca en ε = 0,002, es decir, en el 0,2 % de deformación, y se toma como límite elástico la tensión donde esa paralela corta a la curva. El 0,2 % es la deformación permanente que se acepta como tolerable, no un dato del material.
6
Después del máximo la curva baja, y esa bajada engaña a casi todo el mundo la primera vez: parece que el material se está debilitando cuando en realidad ocurre lo contrario.
Por qué la curva baja sin que el material se debilite
$\sigma_{\text{real}} = \frac{F}{S} \; > \; \sigma_{\text{nom}} = \frac{F}{S_0} \quad (S < S_0)$
Pasada la tensión máxima Rm aparece la estricción: la sección real S, en mm², se estrangula y pasa a ser menor que la inicial S₀. Como la gráfica se sigue dibujando dividiendo entre S₀, la tensión NOMINAL desciende, mientras que la tensión REAL en la garganta continúa creciendo hasta el instante de la rotura.
7
Queda un último aviso, porque de esta única gráfica se extraen tres propiedades distintas y el examen suele pedir la que no se ha mirado.
Rigidez, resistencia y tenacidad no son lo mismo
$E = \text{pendiente}, \quad R_m = \text{máximo}, \quad U = \int_0^{\varepsilon_r} \sigma\, d\varepsilon$
E es la rigidez y se lee en la pendiente (GPa); Rm es la resistencia y se lee en la ordenada máxima (MPa); U es la tenacidad y es el ÁREA total bajo la curva hasta la deformación de rotura εr, es decir, energía por unidad de volumen, en J/m³. Un material puede ser muy rígido y nada tenaz, como una cerámica, o poco rígido y muy tenaz, como un acero recocido.

Errores frecuentes

Confundir el límite elástico (fin del comportamiento reversible) con la resistencia a tracción (tensión máxima del material, ya en plena zona plástica).
Usar la sección o la longitud equivocada: la tensión nominal se calcula con la sección INICIAL S₀ y la deformación con la longitud INICIAL L₀, nunca con las finales.
Mezclar milímetros y metros al calcular σ: con F en newtons y S₀ en mm² el resultado sale ya en N/mm², que es exactamente 1 MPa; pasar S₀ a m² da pascales, un número 10⁶ veces mayor.
Leer la caída final de la curva como una pérdida de resistencia del material: la tensión nominal baja porque se sigue dividiendo por la sección inicial mientras la probeta se estrangula, pero la tensión real en la estricción sigue subiendo hasta la rotura.

Repaso activo

Una barra de aluminio de 12 mm de diámetro y 2 m de longitud (E ≈ 70 GPa, límite elástico 250 MPa) sostiene una carga de 20 kN. Comprueba si trabaja dentro de la zona elástica, calcula cuánto se alarga y determina qué le ocurriría a ese alargamiento si se sustituyese por una barra de acero de la misma sección (E ≈ 210 GPa). Explica por qué la respuesta a esta última pregunta no depende de la resistencia a tracción de ninguno de los dos materiales.

Practicar con ejercicios afines8 preguntas de este tema

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Ensayo de tracción: diagrama tensión-deformación (Universitat Politècnica de València — RiuNet) · Tecnología de Materiales Industriales (Universidad Carlos III de Madrid — OpenCourseWare (OCW))

Ensayos de dureza, resiliencia y fatiga#

Más allá de la tracción, la caracterización de un material exige otros ensayos normalizados que miden propiedades distintas. La dureza mide la resistencia que opone la superficie a ser penetrada o rayada; la resiliencia mide la energía que absorbe ante un impacto brusco; y el ensayo de fatiga estudia cómo resiste el material cargas variables y repetidas en el tiempo. Cada ensayo aporta un dato que la curva tensión-deformación, por sí sola, no da (Fig. 3).

Comparativa de los ensayos de dureza por penetración

Fig. 3 ↓

Los ensayos de dureza por penetración miden la huella que deja un penetrador bajo una carga. En el ensayo Brinell el penetrador es una bola de acero o carburo y el índice HB se obtiene dividiendo la carga F entre el área del casquete esférico de la huella; es adecuado para materiales blandos y de grano grueso. El ensayo Vickers usa un penetrador piramidal de diamante de base cuadrada y mide la diagonal d de la huella (HV = 1,854 · F / d^2 con F en kgf); su escala es continua y vale para materiales muy duros y láminas finas. El ensayo Rockwell mide directamente la profundidad de penetración (no un área), es rápido y se usa mucho en control industrial, con varias escalas (HRC para acero templado con cono de diamante, HRB para materiales más blandos con bola).

El ensayo de resiliencia de Charpy mide la tenacidad al impacto: una probeta entallada se rompe de un golpe con un péndulo que cae desde una altura h1 y se eleva hasta h2; la energía absorbida en la rotura es la diferencia de energías potenciales, E = m · g · (h1 − h2). La resiliencia es esa energía dividida por la sección de la entalla. Es muy sensible a la temperatura: muchos aceros pasan de tenaces (rotura dúctil) a frágiles (rotura súbita) al bajar la temperatura —la temperatura de transición dúctil-frágil—, un fenómeno con consecuencias históricas en estructuras y barcos.

El ensayo de fatiga reproduce las cargas cíclicas reales (un eje que gira, un ala de avión). Su resultado es la curva de Wöhler o curva S-N, que representa la tensión aplicada S frente al número de ciclos N que el material resiste hasta romper (en escala logarítmica). La idea central es que un material puede romper a una tensión muy inferior a su resistencia estática si esa tensión se repite millones de veces. Para los aceros existe un límite de fatiga: por debajo de cierta tensión la pieza resiste un número «infinito» de ciclos; muchos materiales no férricos, como el aluminio, carecen de ese límite y siempre acaban fallando.

Vocabulario

→ Tarjetas

DurezaResistencia que opone la superficie de un material a ser penetrada o rayada.
Dureza Brinell (HB)Índice obtenido dividiendo la carga entre el área del casquete esférico que deja una bola; se emplea en materiales blandos y de grano grueso.
Dureza Vickers (HV)Índice HV = 1,854·F/d² medido sobre la diagonal de la huella de una pirámide de diamante, con F en kgf y d en mm; su escala es continua.
Dureza Rockwell (HR)Índice que se lee directamente de la profundidad de penetración; la escala HRC usa cono de diamante y la HRB bola, para materiales más blandos.
ResilienciaEnergía que una probeta entallada absorbe al romperse de un solo impacto, dividida por la sección de la entalla.
Temperatura de transición dúctil-frágilTemperatura por debajo de la cual un acero deja de romper con deformación previa y pasa a romper de forma súbita.
Curva de Wöhler (S-N)Gráfica de la tensión aplicada frente al número de ciclos que el material resiste hasta romper; su tramo horizontal, cuando existe, marca el límite de fatiga.

Dureza Brinell

HB = \dfrac{2F}{\pi D \left(D - \sqrt{D^2 - d^2}\right)}

Carga F dividida por el área del casquete esférico de la huella; D es el diámetro de la bola y d el diámetro de la huella.

Dureza Vickers

HV = 1{,}854 \cdot \dfrac{F}{d^2}

F en kilogramos-fuerza y d en milímetros (diagonal media de la huella piramidal). Cuanto mayor es HV, más duro es el material.

Energía absorbida (Charpy)

E_{\text{abs}} = m\,g\,(h_1 - h_2)

Diferencia entre la energía potencial inicial del péndulo (altura h1) y la final (altura h2): la energía que la probeta absorbió al romperse.

Ejemplo resuelto

Energía absorbida en un ensayo Charpy

Un péndulo Charpy de 20 kg se suelta desde 1,60 m y, tras romper la probeta, se eleva hasta 1,05 m. Calcula la energía absorbida (g = 9,8 m/s^2) y comenta el comportamiento del material.

Plantea la energía absorbida
Es la pérdida de energía potencial del péndulo: E = m·g·(h1 − h2).
Sustituye los datos
E = 20 · 9,8 · (1,60 − 1,05) = 20 · 9,8 · 0,55.
Calcula el resultado
E = 20 · 9,8 · 0,55 = 107,8 J.
Interpreta
Una energía absorbida elevada (más de 100 J) indica que el material es tenaz: ha absorbido mucha energía antes de romper, propio de una rotura dúctil.

Resultado: La probeta absorbió 107,8 J; el valor alto indica un comportamiento tenaz (rotura dúctil).

Errores frecuentes

Mezclar las escalas de dureza: Rockwell mide profundidad, mientras que Brinell y Vickers miden el tamaño (área o diagonal) de la huella.
Olvidar que en Charpy la energía absorbida es la diferencia de alturas del péndulo (h₁ − h₂), no la altura de caída inicial sola.
Introducir la carga en newtons en HV = 1,854·F/d²: esa expresión está escrita para F en kilogramos-fuerza y d en milímetros, de modo que con newtons el valor sale unas 9,8 veces mayor.
Dar la resiliencia de un acero como un valor único e independiente de las condiciones: por debajo de su temperatura de transición dúctil-frágil el mismo acero absorbe mucha menos energía y rompe de forma súbita.

Repaso activo

Un eje de acero gira a 1 500 rpm. Su curva de Wöhler indica que a 320 MPa rompe hacia los 2·10⁶ ciclos y que por debajo de 240 MPa resiste indefinidamente. (a) Estima cuántas horas de servicio suponen esos 2·10⁶ ciclos. (b) Explica qué le ocurriría al eje si se rebajase su tensión de trabajo a 230 MPa. (c) Razona por qué esa misma decisión no garantizaría lo mismo si el eje fuese de una aleación de aluminio.

Practicar con ejercicios afines8 preguntas de este tema

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Ensayos de Dureza (Universitat Politècnica de València — RiuNet) · Caracterización de Materiales (2020) (Universidad de Cantabria — OpenCourseWare (OCW))

Técnicas de diseño y fabricación industrial#

~5 min de lecturaEstándarBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Técnicas de diseño y tratamientos de modificación y mejora de las propiedades y sostenibilidad de los materiales. Técnicas de fabricación industrial.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Técnicas de fabricación: Prototipado rápido y bajo demanda. Fabricación digital aplicada a proyectos.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque A (Proyectos de investigación y desarrollo): «Expresión gráfica. Aplicaciones CAD-CAE-CAM. Diagramas funcionales, esquemas y croquis.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.3: «Fabricar modelos o prototipos empleando las técnicas de fabricación más adecuadas y aplicando los criterios técnicos y de sostenibilidad necesarios.»Alcance de este apunte: el saber básico I.B.3 (normas de seguridad e higiene en el trabajo) se nombra al describir cada proceso, pero su desarrollo corresponde al trabajo de taller y no se examina por escrito en la EvAU.

Una vez seleccionado el material, hay que darle forma. Los procesos de fabricación industrial se agrupan según cómo modifican el material de partida en cuatro grandes familias —conformado, mecanizado, unión y fabricación aditiva—, hoy integradas en una cadena digital que va del diseño asistido por ordenador (CAD) a la fabricación asistida por ordenador (CAM) (Fig. 4). La elección del proceso no es libre: depende del material, de la geometría y precisión exigidas, del número de piezas y del coste.

Flujo de fabricación digital: del CAD a la pieza

Fig. 4 ↓

El conformado da forma sin arrancar material, aprovechando su plasticidad o su estado líquido. Incluye el moldeo o fundición (verter metal fundido en un molde: piezas complejas como bloques de motor), el forjado y la estampación (deformar en caliente o frío por presión o golpe, mejorando la estructura del grano), la laminación (reducir espesor entre rodillos: chapas y perfiles), la extrusión (empujar el material a través de una matriz: perfiles de aluminio) y, para polímeros, la inyección y el soplado. Es muy eficiente en serie porque genera poco desperdicio.

El mecanizado obtiene la forma final arrancando material en forma de viruta con una herramienta de corte: torneado (pieza que gira), fresado (herramienta que gira sobre pieza fija), taladrado, rectificado. Da gran precisión y buen acabado, pero genera residuo (la viruta) y es más lento. Frente a él, los procesos de unión ensamblan piezas: fijos o permanentes (soldadura, remachado, pegado con adhesivos) y desmontables (uniones atornilladas o roscadas). La soldadura, que funde los bordes de las piezas para fusionarlas, es la unión permanente más importante en construcción metálica.

La fabricación aditiva o impresión 3D invierte la lógica del mecanizado: en lugar de quitar material, lo añade capa a capa a partir de un modelo digital (técnicas como FDM por deposición de filamento fundido, SLA por fotopolimerización o SLS por sinterizado de polvo). Permite geometrías imposibles por otros medios, prototipado rápido y fabricación personalizada con poco desperdicio, aunque suele ser lenta para grandes series. Todo el flujo se gobierna desde el ordenador: el diseñador modela la pieza en CAD, el programa CAM traduce ese modelo en las trayectorias de la máquina, y un control numérico por computador (CNC) ejecuta el mecanizado o la impresión, garantizando repetibilidad y precisión.

Vocabulario

→ Tarjetas

ConformadoFamilia de procesos que da forma sin arrancar material, aprovechando su plasticidad o su estado líquido: fundición, forja, laminación, extrusión o inyección.
MecanizadoObtención de la forma final arrancando material en forma de viruta mediante una herramienta de corte.
TorneadoMecanizado en el que gira la PIEZA mientras la herramienta avanza; propio de piezas de revolución.
FresadoMecanizado en el que gira la HERRAMIENTA mientras la pieza permanece fija o avanza; permite superficies planas y perfiles.
Fabricación aditivaConstrucción de la pieza añadiendo material capa a capa a partir de un modelo digital, mediante técnicas como FDM, SLA o SLS.
UtillajeConjunto de moldes, matrices y herramientas específicos de una pieza; su coste solo se amortiza en series grandes.
CAMPrograma que convierte el modelo CAD en las trayectorias y órdenes que ejecutará la máquina de control numérico.

Ejemplo resuelto

Selección de proceso de fabricación

Justifica el proceso de fabricación más adecuado para: (a) 50 000 carcasas de plástico idénticas; (b) 3 prototipos de una pieza metálica de geometría muy compleja.

Analiza el caso (a): muchas piezas iguales de plástico
Para una serie muy grande de un termoplástico interesa amortizar un molde caro entre muchas piezas y producir muy rápido con poco desperdicio.
Elige el proceso (a)
Moldeo por inyección: tras fabricar el molde, cada carcasa sale en segundos; el coste unitario se desploma con la cantidad. Es conformado, no mecanizado.
Analiza el caso (b): pocas piezas, geometría compleja
Tres unidades no amortizan un molde ni utillaje, y la geometría compleja sería difícil de mecanizar; se prioriza libertad de forma y rapidez de prototipo.
Elige el proceso (b)
Fabricación aditiva (impresión 3D metálica, p. ej. SLS/SLM): permite geometrías imposibles por otros medios, sin utillaje, ideal para prototipos en cantidades pequeñas.

Resultado: (a) Moldeo por inyección (serie grande, bajo coste unitario); (b) fabricación aditiva / impresión 3D (pocas piezas, geometría compleja, sin utillaje).

Errores frecuentes

Llamar «mecanizado» a cualquier proceso de fabricación: el mecanizado arranca viruta; el conformado da forma sin arrancar material y la aditiva añade material.
Creer que la impresión 3D siempre es la opción más barata o rápida: para grandes series, el moldeo o la inyección son mucho más eficientes.
Confundir laminación con extrusión: la laminación reduce el espesor haciendo pasar el material entre rodillos, mientras que la extrusión lo empuja a través de una matriz que fija el perfil de la sección.
Presentar el CAM como el programa que dibuja la pieza: el CAD la modela, el CAM traduce ese modelo en trayectorias de herramienta y el CNC las ejecuta en la máquina.

Repaso activo

Un taller debe producir 200 cuadros de bicicleta al año y estudia tres rutas: tubos de aluminio extruidos y soldados, cuadro de fibra de carbono moldeado, o cuadro de titanio impreso en 3D. Para cada ruta indica qué familias de procesos intervienen, qué utillaje exige y qué tipo de unión necesita. Decide cuál elegirías para esa serie y explica qué cambiaría si la producción pasara a 200 000 unidades al año.

Practicar con ejercicios afines8 preguntas de este tema

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Procesos de fabricación mecánica (Universitat Politècnica de València — RiuNet) · Sistemas de Producción y Fabricación (Universidad Carlos III de Madrid — OpenCourseWare (OCW))

Mejora sostenible: ciclo de vida y economía circular#

~5 min de lecturaEstándarBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Técnicas de diseño y tratamientos de modificación y mejora de las propiedades y sostenibilidad de los materiales. Técnicas de fabricación industrial.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Materiales técnicos y nuevos materiales. Clasificación y criterios de sostenibilidad. Selección y aplicaciones características.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.2: «Elaborar informes sencillos de evaluación de impacto ambiental, de manera fundamentada y estructurada.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.2: «Seleccionar los materiales, tradicionales o de nueva generación, adecuados para la fabricación de productos de calidad basándose en sus características técnicas y atendiendo a criterios de sostenibilidad de manera responsable y ética.»

La selección de un material y de su proceso de fabricación ya no se juzga solo por prestaciones y coste, sino también por su impacto ambiental a lo largo de toda su vida. La herramienta para evaluarlo es el análisis del ciclo de vida (ACV): se contabilizan los consumos de energía y materias primas y las emisiones desde la extracción de la materia prima, pasando por la fabricación, la distribución y el uso, hasta el fin de vida del producto. Es el enfoque «de la cuna a la tumba» —y, en su versión deseable, «de la cuna a la cuna».

El modelo tradicional es la economía lineal: extraer, fabricar, usar y tirar. Frente a él, la economía circular busca mantener los materiales en uso el mayor tiempo posible cerrando el ciclo, según la jerarquía de las «erres»: reducir (consumir menos materia y energía), reutilizar (volver a usar el producto), reparar, y reciclar (recuperar el material para fabricar productos nuevos). La diferencia clave es que en la economía circular el residuo de un proceso se convierte en recurso de otro, en lugar de acabar como desecho (Fig. 5).

Economía lineal frente a economía circular

Fig. 5 ↓

El ecodiseño aplica estos principios desde la fase de diseño, que es donde se decide la mayor parte del impacto ambiental futuro de un producto. Sus criterios típicos son: elegir materiales reciclados o reciclables y de bajo impacto, reducir la cantidad de material (aligerar), diseñar para la durabilidad y la fácil reparación, facilitar el desmontaje y la separación de materiales al final de la vida, y minimizar el consumo energético en el uso. Un buen ecodiseño puede ahorrar más recursos que cualquier mejora posterior del proceso de fabricación.

El reciclaje cierra materialmente el ciclo, pero su eficacia depende del material: los metales como el aluminio o el acero se reciclan indefinidamente sin perder propiedades y con un enorme ahorro energético (reciclar aluminio consume del orden del 5 % de la energía de producirlo a partir del mineral). Los polímeros termoplásticos pueden refundirse, pero los termoestables y los composites son muy difíciles de reciclar. Esta valoración de la mejora sostenible conecta directamente con la segunda competencia del tema: elegir el proceso y el material no solo por sus prestaciones, sino por su comportamiento ambiental a lo largo de todo el ciclo.

Vocabulario

→ Tarjetas

Análisis de ciclo de vida (ACV)Método que contabiliza los consumos y las emisiones de un producto desde la extracción de la materia prima hasta su fin de vida.
De la cuna a la tumbaEnfoque que sigue el producto desde la extracción hasta el vertedero, sin retorno del material al ciclo productivo.
De la cuna a la cunaEnfoque en el que el material recuperado al final de la vida vuelve a entrar como recurso en un ciclo nuevo.
Economía circularModelo que mantiene los materiales en uso el mayor tiempo posible, convirtiendo el residuo de un proceso en recurso de otro.
EcodiseñoIncorporación de criterios ambientales desde la fase de diseño, que es donde se decide la mayor parte del impacto futuro del producto.
TermoestablePolímero cuya red reticulada no vuelve a fundirse al calentarlo, lo que lo hace muy difícil de reciclar por refusión.
Diseño para el desmontajeCriterio de ecodiseño que facilita separar al final de la vida los distintos materiales de un producto para poder reciclarlos.

Ejemplo resuelto

Ecodiseño de una botella de bebida

Una botella actual es de un plástico no reciclable y de un solo uso. Propón tres medidas de ecodiseño/economía circular y asígnale a cada una la «erre» correspondiente.

Reducir
Aligerar la botella usando menos material (paredes más finas, menos peso): se consume menos materia prima y menos energía. Corresponde a REDUCIR.
Reutilizar
Rediseñarla como envase retornable y rellenable, con un sistema de depósito: la misma botella sirve muchas veces. Corresponde a REUTILIZAR.
Reciclar
Cambiar el material a un termoplástico monomaterial reciclable (p. ej. PET) y facilitar la separación del tapón y la etiqueta para que pueda reciclarse. Corresponde a RECICLAR.
Valora el conjunto
Las medidas se aplican en orden de prioridad: primero evitar el residuo (reducir, reutilizar) y solo después recuperar el material (reciclar). El ecodiseño actúa desde el diseño, donde el impacto futuro es mayor.

Resultado: Tres medidas jerarquizadas: aligerar (reducir), envase retornable (reutilizar) y cambio a un monomaterial reciclable con desmontaje fácil (reciclar).

Errores frecuentes

Reducir la economía circular al reciclaje: reciclar es la última «erre»; reducir y reutilizar tienen prioridad porque evitan el residuo antes de generarlo.
Suponer que todos los plásticos se reciclan igual: los termoestables y los composites son muy difíciles de reciclar, a diferencia de los termoplásticos.
Confundir reutilizar con reciclar: reutilizar mantiene el PRODUCTO en servicio tal cual, como una botella retornable, mientras que reciclar lo destruye para recuperar el MATERIAL con el que fabricar otro.
Juzgar un material solo por su fase de uso: un composite que aligera un vehículo y ahorra combustible puede empeorar el balance global si al final de su vida no hay forma de separar la fibra de la matriz.

Repaso activo

Compara dos cafeteras: una de cápsulas de aluminio y otra de filtro, con jarra de vidrio y cuerpo de acero. Decide cuál tiene menor impacto a lo largo del ciclo de vida completo y señala en qué etapa se decide la diferencia. Indica después qué medida de ecodiseño mejoraría más a la peor de las dos y en qué nivel de la jerarquía de las erres actúa esa medida.

Practicar con ejercicios afines8 preguntas de este tema

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Economía Circular (Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO)) · Taller sobre sostenibilidad y economía circular de una cadena de valor (Universitat Politècnica de València — RiuNet)

Revisado · 07/2026Versión completa con el regulador de profundidad — mismo lugar, mismas anclas

Planificar un repaso

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

Real Decreto 243/2022, de 5 de abril, por el que se establecen la ordenación y las enseñanzas mínimas del Bachillerato

Universidad de Cantabria — OpenCourseWare (OCW)

Universitat Politècnica de València — RiuNet

Universidad Carlos III de Madrid — OpenCourseWare (OCW)

Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO)

Economía Circular

Véase también

Materiales y fabricación

5 secciones~28 min de lectura2 competenciasRevisado · 07/2026

Estructura interna y clasificación de los materiales#

Propiedades de los materiales y ensayo de tracción#

Ensayos de dureza, resiliencia y fatiga#

Técnicas de diseño y fabricación industrial#

Mejora sostenible: ciclo de vida y economía circular#

~5 min de lecturaEstándarBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Técnicas de diseño y tratamientos de modificación y mejora de las propiedades y sostenibilidad de los materiales. Técnicas de fabricación industrial.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Saberes básicos, bloque B (Materiales y fabricación): «Materiales técnicos y nuevos materiales. Clasificación y criterios de sostenibilidad. Selección y aplicaciones características.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería II (2.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.2: «Elaborar informes sencillos de evaluación de impacto ambiental, de manera fundamentada y estructurada.»BOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería I (1.º de Bachillerato) · Criterio de evaluación 2.2: «Seleccionar los materiales, tradicionales o de nueva generación, adecuados para la fabricación de productos de calidad basándose en sus características técnicas y atendiendo a criterios de sostenibilidad de manera responsable y ética.»

Materiales y fabricación