UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS DE INGENIERIA SILABO P.A. 2011-II 1. INFORMACION GENERAL Nombre del curso : Código del curso : Especialidad : Condición : Ciclo de estudios : Pre-requisitos : Número de créditos : Total de horas semestrales: Total de horas por semana Teoría : Practica : Laboratorio : Duración : Sistema de evaluación : Subsistema de evaluación: Profesor de teoría : : Profesor de laboratorio : 2. CIENCIA DE LOS MATERIALES I MC 114 M3 OBLIGATORIO 3º MB 311 04 84 06 04 02 17 SEMANAS F D ING. ING. SAMPEN ALQUIZAR, LUIS ING. GUTIERREZ JAVE, EDMUNDO ING. LUIS SOSA, JOSE ING. SAMPEN ALQUIZAR, LUIS ING. GUTIERREZ JAVE, EDMUNDO SUMILLA Propiedades y características de los materiales usados en Ingeniería. Tipos de materiales y su clasificación. Ensayos mecánicos, de dureza, tracción. Enlaces atómicos y moleculares. Estructura de los sólidos. Defectos e imperfecciones estructurales. Difusión atómica. Estudio metalográfico de las aleaciones. Diagrama de equilibrio. Obtención y fabricación de las aleaciones ferrosas. Estudio metalográfico de las aleaciones ferrosas. Tratamientos térmicos de las aleaciones ferrosas. Templabilidad. Tratamientos termoquímicos. Tratamientos térmicos especiales. 3. OBJETIVO Proporcionar al estudiante los fundamentos básicos acerca de la estructura interna, propiedades físicas y mecánicas que rigen el comportamiento de los materiales, con el objeto de facilitar la adecuada selección de los materiales para los usos de ingeniería, Al finalizar cada unidad los alumnos deberán ser capaces de: a. Caracterizar propiedades físicas y mecánicas de los materiales. b. Conocer los procesos de obtención de los materiales ferrosos. c. Aplicar los tratamientos térmicos, termoquímicos y termo mecánicos de manera adecuada. d. Complementando la formación con prácticas de laboratorio. 4. PROGRAMA SEMANA N°1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. Introducción. Tipos de materiales y su clasificación. Propiedades mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, químicas y ópticas. ENSAYOS MECANICOS. Tipos de ensayos. Ensayos destructivos y no Destructivos. Definición de dureza. Ensayo de micro dureza Vickers, Knoop. SEMANA N°2. ENSAYO DE TRACCION. Generalidades, Diagramas F (Kgf) vs. Alargamiento (l, mm), Diagrama de esfuerzo () vs. Deformación unitaria (). Parámetros que estudian la curva del ensayo de tracción. Extracción o reducción de área. Estudio de la curva de Ingeniería y la curva Real. Determinación del límite de fluencia y límite de fluencia convencional. Deformación lineal, planar y en tres direcciones (Poison). Deformación térmica. Ductilidad, tenacidad y resistencia. Problemas de aplicación. SEMANA N°3. ESTRUCTURA ATOMICA. Introducción. Fuerzas interatómicas entre los átomos. Enlace atómico. Tipos de enlace: Iónico, covalente, metálico, Vander Waals. Tipos de estructura moleculares cristalinas y amorfas. Tipos de sistemas cristalinos. Red espacial. Sistema cúbico: BCC, FCC, HCP. Direcciones y planos cristalográficos. Ángulos que forman dos rectas y ángulos que forman dos planos. Índices de Miller y distancia entre planos paralelos ( para sistemas cúbicos). Densidad atómica: volumétrica, planar y lineal. Difracción de rayos “X”. Ley de Bragg. Problemas de aplicación. SEMANA N°4. DEFECTOS E IMPERFECCIONES EN LOS SÓLIDOS. Introducción. Clasificación de los defectos. Defectos puntiformes (de puntos). Defectos lineales. Frontera de grano o defecto planar. ESTUDIO METALOGRAFICO DE LAS ALEACIONES. Definiciones previas. Constitución de las aleaciones y clasificación de las aleaciones. Formación de soluciones sólidas y clasificación. Factores que controlan el intervalo de solubilidad en los sistemas de aleación. Diagramas térmicos (TT). Transformación de fase o equilibrio de fase y estabilidad de fases en equilibrio. Consideraciones termodinámicas del proceso metalúrgico a temperatura constante y presión variable y presión constante y temperatura variable. SEMANA N°5. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO. Introducción. Métodos experimentales para la construcción de los diagramas de equilibrio. Clasificación de los diagramas de equilibrio. Reglas para determinar la composición de las fases y para determinar las cantidades relativas de cada fase. Demostración de la regla de la palanca. Ley de Gibbs o de fases variables. Problemas de aplicación OBTENCION Y FABRICACION DE LAS ALEACIONES FERROSAS: Generalidades. Materias primas y productos siderúrgicos. SEMANA N°6. Alto Horno. Características del alto horno. Obtención del arrabio. Obtención de los Aceros: Convertidores convencionales (aire). Obtención en convertidores (LD). Métodos especiales por procesos químicos y termoquímicos. DIFUSION ATOMICA. Transporte de los materiales en los sólidos de Ingeniería. Mecanismos de difusión. SEMANA N°7. Análisis matemático de difusión, Difusión en estado estable y primera Ley de FICK y segunda Ley de FICK en estado no uniforme ALEACIONES FERROSAS. Hierro técnicamente puro, características. Curvas de enfriamiento del hierro técnicamente puro, estados alotrópicos y otras características. Aleaciones de hierro carbono y características. Composición química de los aceros y fundiciones. SEMANA N°8. EXAMEN PARCIAL. SEMANA N°9. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO – CARBONO o Fe vs. CFe3. (metaestable). Reacciones Invariantes que se presentan en el diagrama. Transformación de la austenita al variar la velocidad de enfriamiento. Curvas de transformación isotérmica. Control de las propiedades de reacción. Transformación por difusión. SEMANA N°10. TRATAMIENTO TÉRMICOS DE LAS ALEACIONES FERROSAS Introducción. Clases de tratamientos térmicos. Normalizado. Recocido y clases de recocido. Precauciones que se debe tener en el tratamiento de recocido. Temple y factores que influyen en el temple. Determinación del tiempo necesario para que toda la sección transversal de la pieza alcance la temperatura de temple. SEMANA N°11. Posición de las piezas para el temple. Influencia de la velocidad de enfriamiento en los puntos de transformación y su clasificación. Temple superficial (Inducción y rayos láser). Revenido. SEMANA N°12. TEMPLABILDAD. Principios que respaldan la templabilidad. Métodos para determinar la templabilidad. Diámetros críticos ideal y real. Determinación práctica de los diámetros críticos. Problemas de aplicación. SEMANA N°13. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS. Introducción. Clases de tratamientos termoquímicos: Cementación. Factores que regulan el proceso. Aplicaciones. Nitruración. Influencia de los elementos de aleación. Ventajas y factores que limitan la aplicación. Cianuración. Cianuración a baja y alta temperatura. Carbonitruración. Sulfinización. SEMANA N°14. TRATAMIENTOS TÉRMICOS ESPECIALES. Fenómenos básicos. Endurecimiento por precipitación en aceros inoxidables. Procesos del tratamiento. Aplicaciones. Envejecimiento de la martensita. Aplicaciones. Tratamientos termo mecánicos. Aplicaciones. SEMANA N°15. HIERROS UTILIZADOS EN INGENIERIA. Generalidades. Clases de hierros fundidos. SEMANA N°16. EXAMEN FINAL SEMANA N°17. EXAMEN SUSTITUTORIO. 5. ESTRATEGIAS DIDACTICAS. 5.1. Temas de lectura e investigación relacionados con cada capítulo. 5.2. Separata de problemas propuestos de aplicación por cada capítulo, para que el alumno desarrolle libremente, que se entregaran antes de cada examen. 6. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDACTICOS. 6.1. Láminas, proyector de transparencias y proyector multimedia. 7. EVALUACIÓN a. Sistema de Evaluación El sistema de calificación será con el Sistema de Evaluación F. Examen Parcial peso 01: Examen Final peso 02 y Promedio de Laboratorios peso 01. El curso tendrá 05 prácticas de laboratorio y 02 exámenes. Todas las pruebas se calificarán de 0 a 20. 1. 2. 3. 4. EXAMEN PARCIAL : EP EXAMEN FINAL : EF PROMEDIO DE LABORATORIOS: PLb. NOTA FINAL : NF b. Sub sistema de Evaluación (parte practica del curso) El subsistema se calificará con el sistema de evaluación D El curso tendrá 05 prácticas calificadas de laboratorio. Prácticas de Laboratorio. Lb1. Ensayo de dureza. Lb2. Ensayo de tracción. Lb3 Ensayos no destructivos. Lb4 Metalografía óptica. Lb5 Tratamientos térmicos. P Lb 8. Lb1 Lb 2 Lb 3 Lb 4 Lb 5 5 BIBLIOGRAFIA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] SMITH WILLIAM. “Fundamentos de ciencia e Ingeniería de Materiales”. Ed. Mc. Graw- Hill. Edición 2003. Nº de pgs. 1003. GULIAEV A.P. “Metalurgia” Ed. MIR, Moscú. Van Vlack. “Metalurgia para Ingenieros“, Edit., CECSA, México 1984. YURI m. LAJTIN. “Metalografía y Tratamientos Térmicos de los Metales” Edit. MIR, Moscú 1984. Avner Sidney. “Introducción a la Metalografía Física”, Edit. Mc. Graw- Hill 1985. Zbigniew D. Jastrebski. “Naturaleza y Propiedades de los Materiales para Ingeniería. (2004) “. Edit. Interamericana. Pedro Coca Revollero. “Ciencia de los Materiales” Edit. Pirámide S.A., Madrid. Witold Brostow. “Introducción a la Ciencia de los Materiales”, Edit Limusa, México. México. [9] [10] [11] [12] Stephen W. Tsai. “Diseño y Análisis de Materiales Compuestos” Askeland D. (2004) “Ciencia e Ingeniería de los Materiales” 4ta. Ed. Edit. Thompson. Madrid España. Mc. Callister (2000). “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales” Tomo I y II 1ra. Ed. Edit. Reverte, Barcelona, España. Shackelford J. (1995) “Ciencia de Materiales para Ingenieros” 3ra. Ed., Edit. Prentice Hall. México. México. Páginas de Internet www. Cedex. Es/ materiales/ciencia.html. www. Omega. Lice. Edu.mx:3000/site/ingenieria/html. www.esi2.us.es/imm2/pract-html/principal.html.. www. Materiales.unex.es/docencia/docencia. html/materiales. . Lima, Octubre de 2011.