UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Sede Facultad Programa Curricular Año
SANTAFE DE BOGOTA INGENIERIA MECANICA Y MECATRONICA 2011
PROGRAMAS DE ASIGNATURAS NOMBRE DE LA ASIGNATURA
Nucle uclea ar
Flex lexible ible:: Profu rofun ndiza dizaci ción ón Contexto
CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES Códig o
2017256
Electiva Intensidad Horaria
6 Hs / Semana
PRINCIPIOS DE QUÌMICA Pre – requisitos
Código 1000024
Ubicación en el Plan de Estudios
CUARTO SEMESTRE
Departamento Departamento que la
INGENIERIA MECANICA Y MECATRONICA
ofrece Teóric
Naturaleza
Teórico-
X Práctica
OBJETIVOS: Generales Conocer los materiales de ingeniería, su estructura, propiedades y aplicaciones en diseño. Específicos Dar a los estudiantes diversos temas de física y química aplicadas, que son la base para comprender los “principios de la ciencia de los mater eria iale les s”,
des de scr crib ibie iend ndo o
la
corrre co rela laci ción ón
ent ntre re
los lo s
prin pr inci cip pio ios s
científicos y la ingeniería práctica que se precisan al seleccionar los
materiales apropiados en la tecnología moderna.
Contenido Sintético Introducción a los materiales de ingeniería. El enlace atómico. Estructura cristalina; perfección. Defectos cristalinos y estructuras no-cristalinas.
Difusión.
Diagramas
de
Fase;
evolución
de
la
microestructura de equilibrio. Cinética de estado sólido. Tratamientos térmicos. Comportamiento Eléctrico, Magnético, Óptico, y Térmico. Seminario Taller Laboratorio X Conferencia X Modalidad (es) Pedagógica Magistral Actividad Salidas de Campo (s) Clínica Otros Parciales escritos 3 x 18 = 54% MZO 26 – MAY 04 y JUN 01 Resolución de ejercicios = 30% Trabajo individual = 16% Temas aprobados antes del 30 de Marzo •
Sistemas de Evaluación
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Bibliografía •
ASKELAND D. Ciencia e ingeniería de los materiales. 4ª edición, Thomson,
México, 2004. •
CALLISTER W. Ciencia e ingeniería de los materiales. 4ª edición, John Wiley &
Sons Inc, New York, 1997. FLINN. TROJAN. Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones. 3ª edición, Mc Graw Hill, 1989. FORERO MORA, ALVARO. Laboratorio de Metales. Publicaciones Facultad de Ingeniería. UN, Bogotá, 2010. MANGONON P. Ciencia de los materiales – Selección y diseño. Pearson Educación, México, 2001. SHACKELFORD, JAMES F. Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros, 6ª ed. Prentice Hall, 2005. SMITH WILLIAM F. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 4ª edición, Mc Graw Hill, 2006. •
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Profesor (es)
GRUPO 01: JULIO M.TORO ECHEVERRI
[email protected]
GRUPO 02: GRUPO 03: GRUPO 04: JULIO M.TORO ECHEVERRI
[email protected] HORARIO DE ATENCION : Lunes a Viernes de 11-12 Oficina 210 Edificio 407 Martes a Jueves de 15-16
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PROGRAMA POR SEMANAS: Se m
Tema Clasificación de los elementos y los materiales. Conocer las particularidades que diferencian
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a los elementos, según la ionización: Metales, no metales y gases nobles. Establecer las distintas categorías de los materiales en función de los enlaces atómicos: Cerámicos, polímeros y metales. Pautas para el diseño y la selección de materiales. Estructuras - Parámetros de red. Manejar las variables que determinan los sistemas y las redes cristalinas básicas. Entender como la posición de los átomos o de las moléculas formando o no patrones geométricos; diferencia entre sí, a los metales, a los cerámicos, a los polímeros y a los sólidos amorfos. Familiarizarse con los conceptos de posición, dirección e índices de Miller en la celda unidad. Comparación y análisis de las estructuras cristalinas. Realizar cálculos de la densidad volumétrica, planar y lineal de las celdas unitarias y con lo anterior establecer claramente las razones de las diferencias en las propiedades de los materiales. Estudiar el fenómeno de polimorfismo o alotropía. Conocer los fundamentos de la difracción de rayos X para identificar las estructuras cristalinas. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA. Conocer la técnica de espectrometría por emisión p ara determinar la composición química de metales. ENSAYOS DE DUREZA Y TENSIÓN. Aprender los procedimientos para tomar lecturas de dureza en las diferentes escalas. A partir del ensayo de tensión construir la gráfica esfuerzo-deformación y efectuar el análisis que permita esclarecer los conceptos de elasticidad, plasticidad, rigidez, y resistencia, entre otros.
PRIMER PARCIAL Principios de termodinámica. Soluciones sólidas y Defectos cristalinos. Analizar las Leyes
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básicas de la termodinámica metalúrgica. Caracterizar las soluciones sólidas metálicas. Comprender que la organización cristalina tiene imperfecciones puntuales, lineales, superficiales y de volumen. Analizar la influencia de los defectos cristalinos sobre las propiedades. Conocer las bases para caracterizar los aspectos microestructurales mediante microscopia óptica y electrónica. Solidificación de metales y Difusión. Entender los fundamentos de las etapas de solidificación de metales puros. Analizar que al mezclar varios elementos se forman las aleaciones, las cuales en estado sólido pueden estar constituidas por fases o compuestos. Estudiar el fenómeno de difusión, las leyes que lo rigen y sus aplicaciones industriales. Diagramas de Fase. Concentración y proporción de las fases. Describir en condiciones de equilibrio las fases y grados de libertad de un sistema de materiales. Analizar la información que puede obtenerse de las curvas de enfriamiento. Dibujar los diagramas de fase para sistemas monofásicos o con reacciones invariantes. Calcular la relación entre los microconstituyentes y establecer las variaciones en sus composiciones durante el enfriamiento lento. Estudiar la solidificación de aleaciones fuera del equilibrio. PREPARACIÒN METALOGRÀFICA. Familiarizarse con los procedimientos para la preparación de muestras metalográficas. DIFUSIÓN. Verificación del proceso de la migración de átomos de Carbono, observando con ayuda del microscopio óptico muestras de acero de bajo carbono, sometidas durante tiempos diferentes al tratamiento de cementación. Diagramas de Interés. Aplicar los conocimientos anteriores al manejo eficiente del diagrama FeC en sus modalidades metaestable y estable; así como, a otros sistemas de equilibrio en aleaciones de aluminio, cobre, estaño, magnesio y plomo, Interpretar adecuadamente los diagramas de materiales cerámicos y conocer algunos sistemas ternarios.
SEGUNDO PARCIAL Mecanismos de endurecimiento de metales y aleaciones. Conocer técnicamente los
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procedimientos para endurecer los metales y sus aleaciones: reducción del tamaño de grano, solución solida, trabajo en frío y por precipitación. Estudio del tratamiento de recocido de recristalización. Cinética de los Tratamientos Térmicos y Diagramas TTT. Estar en capacidad de manejar los cambios en la microestructura de ciertos materiales con la consecuente variación en las propiedades; al romper las condiciones de equilibrio mediante enfriamientos continuos o con transformaciones isotérmicas, que finalmente resultan en los tratamientos térmicos convencionales. Tratamientos Térmicos. Conocer las particularidades básicas de algunos de los tratamientos térmicos convencionales; como los diversos tipos de recocido, normalizado, temple, revenido y endurecimiento por precipitación, entre otros. Analizar la cinética de las trasformaciones de fase de importancia en sistemas no metálicos.
TEMPLABILIDAD. Valorar la influencia de diferentes factores sobre la templabilidad y
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determinarla mediante el ensayo Jominy.
OBSERVACIÒN DE MICROESTRUCTURAS. Examinar con ayuda del microscopio óptico muestras de
acero
al
carbono,
que
han
sido
sometidas
a
diferentes
tratamientos
térmicos.
TERCER PARCIAL Comportamiento Eléctrico. Dominar los fundamentos que gobiernan la conductividad eléctrica y
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su relación con la estructura electrónica de los átomos. Conocer las características esenciales de los materiales clasificados como conductores, semiconductores, superconductores y aislantes; así como sus principales campos de aplicación. Propiedades Térmicas y Ópticas. Definir los conceptos de capacidad calórica, calor especifico, expansión térmica, conductividad térmica, esfuerzos térmicos y choque térmico. La luz y el espectro electromagnetico. Establecer la condición de refracción, reflexión, absorción, transmisión de la luz. Aplicaciones de fenómenos ópticos en campos de la ciencia y la tecnología. Comportamiento Magnético. Determinar la clase de comportamiento magnético de los materiales según sea su reacción ante un campo magnético y su permeabilidad magnética. Influencia de la temperatura en el comportamiento magnético. Concepto de dominio y ciclo de histéresis. Conocer las aplicaciones de los materiales magnéticos Materiales magnéticos metálicos y cerámicos.