Ciència i Tecnologia de Materials
Anuncio
ENGINYERIA AERONÀUTICA CIÈNCIA I TECNOLOGIA DE MATERIALS Guia de l’assignatura ENGINYERIA AERONÀUTICA 30009 Ciència i Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 8/06/05 Modificada en CAA de data 27/06/08 1 Crèdits: 9 ( 6T + 1.5 A + 1.5 L) Crèdits: ECTS: 7,2 Tipus: Troncal Coordinador: JOSÉ IGNACIO VELASCO PERERO (jose.ignacio.velasco@upc.edu) Altres Professors: MARCELO ANTUNES (marcelo.antunes@upc.edu); SILVIA ILLESCAS (silvia.illescas@upc.edu); VERA REALINHO (vera.realinho@upc.edu) ALTRES. Departament: Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica Presentació Coneixements previs No es necessita cap requisit previ, tot i que és important que l’alumne hagi adquirit els coneixements bàsics que s’imparteixen a les assignatures de Química i Fonaments Físics de l’Enginyeria del quadrimestre 1. Relació amb altres assignatures Les matèries de Química i Fonaments Físics de l’Enginyeria del quadrimestre 1 permeten a l‘alumne adquirir els coneixements bàsics per poder assolir amb garantia l’assignatura de Ciència i Tecnologia de Materials. Aquesta assignatura troncal és la base d’un altra de 3er curs: Materials Aerospacials, així com d’un altra optativa de 4t curs: Materials Compostos. Objectius generals Conèixer l’estructura i les propietats més importants dels materials d’enginyeria, així com les seves relacions i les derivades del seu processament. Temari Mòdul 1. Estructura dels Materials (37 hores). Tema 1 (3 hores). Introducció a la Ciència i Tecnologia dels Materials. Tipus de sòlids. Propietats generals segons el tipus d’enllaç. Materials d’enginyeria: Metalls. Polímers. Ceràmiques. Semiconductors. Materials Compostos. Tema 2 (12 hores). Estructura de los sòlids cristal·lins. Sistemes i xarxes cristal·lines. Posicions, direccions i plànols de la xarxa. Estructures dels metalls. Estructures de les ceràmiques. Estructures de semiconductors. Estructures dels polímers i arquitectura molecular. Difracció de raigs x. Tema 3 (6 hores). Defectes a les estructures cristal·lines. Solidificació i imperfeccions als sòlids. Defectes puntuals. Difusió en estat sòlid. Defectes lineals. Defectes superficials. Sòlids amorfs. Tema 4 (8 hores). Diagrames d’equilibri de fases. La regla de les fases. Substàncies pures i sistemes binaris. Obtenció de diagrames. Solubilitat total en estat sòlid. Composició de les fases. La regla de la ENGINYERIA AERONÀUTICA 30009 Ciència i Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 8/06/05 Modificada en CAA de data 27/06/08 2 palanca. Diagrames eutèctics amb insolubilitat total i parcial en estat sòlid. Reacció eutectoide, peritèctica i peritectoide. Evolució de la microestructura en condicions de quasiequilibri. Tema 5 (8 hores). El diagrama ferro–carboni. Diagrama de fases ferrro-carbur de ferro. Desenvolupament de microestructures en aliatges ferro-carboni. Influència d’altres elements de l’aliatge. Transformacions de fases. Cinètica de les reaccions en estat sòlid. Diagrames TTT de transformació isotèrmica i per refredament continu. Altres aliatges d’interès. Mòdul 2. Comportament mecànic i en servei dels materials (22 hores). Tema 6 (10 hores). Propietats mecàniques dels materials estructurals. Deformació elàstica, plàstica i corbes tensió deformació. Geometria de la deformació. Tracció. Duresa. Tema 7 (8 hores). Fallida mecànica dels materials. Fractura fràgil i dúctil. Principis de mecànica de la fractura. Fatiga. Tensions cícliques. Corbes S-N. Propagació d’esquerdes. Factors que afecten a la vida a fatiga. Fluència. Influencia de la tensió i temperatura. Extrapolació de resultats. Tema 8 (4 hores). Degradació dels materials. Oxidació i corrosió. Mètodes de prevenció de la corrosió. Degradació de ceràmiques i polímers. Desgast. Anàlisi i prevenció de fallides. Mòdul 3. Tecnologia dels materials (16 hores). Tema 9 (6 hores). Tecnologia de metalls. Aliatges fèrrics. Aliatges no fèrrics. Processos de conformat. Tractaments de millora de les propietats. Tema 10 (7 hores). Tecnologia de polímers. Síntesi i classificació. El pes molecular. La reticulació en resines termoestables i elastòmers. Additius. Plàstics reforçats amb fibres. Adhesió i adhesius. Processos de conformat. Tema 11 (3 hores). Tecnologia de ceràmiques. Ceràmiques tradicionals. Ceràmiques tècniques. Vidres. Vitroceràmiques. Xoc tèrmic. Processos de conformat. Objectius específics dels mòduls Mòdul 1 Conèixer les diferents estructures cristal·lines dels materials d’enginyeria: metalls, polímers, ceràmiques i semiconductors, així com les diagrames de fases de les aliatges binaris mes comuns. Mòdul 2 Conèixer el comportament mecànic i en servei dels materials d’enginyeria, així com la seva durabilitat i formes de degradació que poden tenir lloc, en relació a la seva microestructura. Mòdul 3 Conèixer els principals materials d’enginyeria i els seus aspectes tecnològics més rellevants, per tal de poder seleccionar-los correctament per a una aplicació donada, posant especial èmfasi en les tècniques de processat i en els seus efectes sobre la microestructura i les propietats. ENGINYERIA AERONÀUTICA 30009 Ciència i Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 8/06/05 Modificada en CAA de data 27/06/08 3 Metodologia de treball Es combinen tres tipus de classes: de teoria, de problemes i de laboratori. A les classes el professor utilitzarà diferents recursos didàctics en el desenvolupament de les seves explicacions, a més amés de la pissarra, com són transparències i presentacions amb ordinador. Igualment, es mostraran a les classes peces reals de varis materials, representatius dels diferents processos de conformat, o amb defectes o fallides, així com provetes d’assajos, etc. Sessions de teoria i de problemes 3 sessions presencials de teoria i 2 de problemes per setmana. Les classes de teoria tenen com a objectiu que l’alumne adquireixi els coneixements fonamentals de l’assignatura. A aquestes classes els continguts s’exposaran amb una introducció prèvia, passant després a desenvolupar el cos temàtic i acabant amb una recapitulació dels continguts ensenyats. Les classes de problemes s’inclouran al llarg del curs per assentar els continguts teòrics. El professor plantejarà en primer lloc exemples aplicats, i els resoldrà, per a posteriorment proposar problemes que l’alumne resoldrà individualment o en petits grups i que podran ser corregits al final de la sessió pel professor. Pràctiques de laboratori Aquestes sessions pràctiques tenen l’objectiu d’aplicar alguns conceptes teòrics apresos a les classes de teoria. Permetran que l’alumne es familiaritzi amb determinat instrumental, que desenvolupi la seva observació crítica, que s’apropi al mètode científic i que s’acostumi a analitzar i presentar resultats experimentals. 7 sessions presencials de dues hores per setmana: Pràctica 1: Identificació de plàstics. El seu objectiu es arribar a conèixer, a través de l’aplicació de mètodes senzills i ràpids d’identificació, a quina família de polímers pertanyen diferents mostres de materials polimèrics. Pràctica 2: Metal·lografía. El seu objectiu es observar la microestructura de diferents mostres de materials metàl·lics, no metàl·lics i compostos, així com els aspectes morfològics mes importants relacionats amb els diferents tipus de fallida, mitjançant la utilització de diverses tècniques de microscopia. Pràctica 3: Corrosió i recobriment de metalls. El seu objectiu és, d’una banda, observar el comportament d’alguns metalls utilitzats a la indústria en diferents ambients corrosius i, d’una altra banda, realitzar mitjançant un experiment de laboratori un procés de recobriment que eviti la corrosió. La pràctica permet analitzar les diferents variables que afecten al resultat final (intensitat, temps, temperatura, metall a recobrir...). Pràctica 4: Xoc tèrmic de ceràmiques. ENGINYERIA AERONÀUTICA 30009 Ciència i Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 8/06/05 Modificada en CAA de data 27/06/08 4 L’objectiu és observar els efectes que sobre alguns materials tenen lloc després d’aplicar canvis bruscos de temperatura, així com analitzar l’efecte de les diferents variables involucrades. Pràctica 5: Fabricació i caracterització d’un laminat de material compost. El seu objectiu és que l’alumne posi en pràctica un mètode senzill i molt utilitzat de fabricació de peces en material compost: el laminat manual, tot analitzant els detalls del procés i caracteritzant el producte obtingut. Pràctica 6: Assajos mecànics: tracció, impacte, duresa. L’objectiu d’aquesta pràctica és aprendre a realitzar i interpretar resultats d’alguns assajos mecànics habituals que serveixen per a caracteritzar mecànicament els materials estructurals. Pràctica 7: Processat de materials. Visita al “Centre Català del Plàstic”. Mitjançant una visita guiada es veuran les principals característiques de la maquinaria i equipament auxiliar utilitzats per als diferents processos industrials de transformació de materials plàstics. Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant Temps de Classe 37 hores Temps d’estudi 43 hores Temps total 80 hores Mòdul 2: Comportament mecànic i en servei dels materials 22 hores 30 hores 52 hores Mòdul 3: Tecnologia dels materials Laboratori 16 hores 10 hores 26 hores 15 hores 7 hores 22 hores Mòdul Mòdul 1: Estructura dels materials Materials Bibliografia bàsica “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Vol 1 y 2. W. D. Callister, Jr. Editorial Reverte, Barcelona, 2000. “Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros”. Prentice Hall Iberia, Madrid, 1998. “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”, W.F. Smith, Editorial McGraw Hill, Madrid, 1998. “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, D.R. Askeland. Paraninfo, Madrid, 2001. Bibliografia complementària “Materiales en Ingeniería. Problemas resueltos”, F.J. Gil (Ed.), J.M. Cabrera, M.Ll. Maspoch, et al. Edicions UPC, Barcelona, 2002. ENGINYERIA AERONÀUTICA 30009 Ciència i Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 8/06/05 Modificada en CAA de data 27/06/08 5 “Ingeniería de los Materiales. Cuadernos de trabajo”, V.B. John. Addison-Wesley Iberoamericana, Delaware, 1994. “Fundamentos de manufactura moderna. Materiales, procesos y sistemas”, M.P. Groover. Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1997. “Engineering materials 1. An introduction to their properties and applications”, M.F. Ashby y D.R.H. Jones. Butterworth-Heinemann, Oxford, 1996. “Engineering materials 2. An introduction to microstructures, processing and design”, M.F. Ashby y D.R.H. Jones. Butterworth-Heinemann, Oxford, 1996. “Materials selection in mechanical design”, M.F. Ashby. Butterworth Heinemann, Oxford, 1999. Avaluació L’avaluació del alumne serà la suma de quatre notes: N f = 0,40N1p + 0,40N2p + 0,10Nt + 0,10Nlab Nf : Avaluació final N1p : Avaluació 1er examen Nef : Avaluació 2on examen Nt: Avaluació d’un treball de caire pràctic o bibliogràfic. Nlab: Avaluació laboratori. Assistència obligatòria. L’avaluació de laboratori serà la suma de dues notes: 0,10A lab = 0,05Nilab + 0,05Nelab Nilab: Avaluació informes laboratori. Nelab: Avaluació examen laboratori.
