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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2014
Mar 28, 2024
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IME 1205 - CIENCIA DE LOS MATERIALES
División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
2.000 Horas de Teoría
2.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría y Laboratorio

Basado en los principios de la física y de la química se estudia la estructura interna de los materiales y su correlación con las propiedades de los mismos. A nivel de laboratorio, se desarrollan ensayos para medir las principales propiedades mecánicos de varios tipos de materiales en la industria.


3. JUSTIFICACIÓN

En el desarrollo de las actividades ingenieriles resulta indispensable la utilización de diversidad de materiales que permitan al profesional hacer una realidad lo que inicialmente fue un esquema puramente conceptual. Esta selección de materiales debe realizarse con criterios de eficiencia, economía y sostenibilidad, entre otros. Ante esta realidad el estudiante debe poder conocer tanto la estructura de los diferentes materiales como sus propiedades y procesamiento, a fin de seleccionarlos adecuadamente, o también mejorar su desempeño de acuerdo a los requerimientos de las distintas aplicaciones.


4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL

Comprender los fundamentos de la ciencia que sustentan el desempeño de los materiales con el fin de dar respuesta adecuada a problemas de ingeniería que involucren selección o desarrollo de materiales.

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-Conocer, en forma general, el campo de la Ciencia de los Materiales de Ingeniería y describir las tendencias en el uso de los mismos.
-Argumenta e ilustra lógicamente la relación entre estructura, propiedades y procesamiento de los materiales.
-Define y clasifica las propiedades de los materiales.
-Explica el origen y las tendencias en el uso de los materiales.
-Identifica los materiales de su entorno.
-Identifica el efecto del medio ambiente sobre la integridad y funcionalidad de los materiales y viceversa.
-Identificar las bases que soportan el funcionamiento del enlace atómico y describir la correlación entre los enlaces y las propiedades de los materiales.
-Reconoce la estructura básica del átomo y de la tabla periódica, y las interpreta para predecir las propiedades de los elementos o materiales
-Aplica los conceptos de masa atómica, número atómico, átomo gramo, mol gramo, densidad, número de Avogadro y valencia para estimar el número de átomos presentes en una determinada masa o volumen de un material dado.
-Clasifica los distintos enlaces interatómicos y argumenta la correlación entre estos y las propiedades de los materiales.
-Clasifica los materiales de ingeniería con arreglo al tipo de enlace predominante.
-Cualificar y cuantificar las principales propiedades físicas y químicas de los materiales de ingeniería.
-Clasifica las propiedades físicas de los materiales e identifica los ensayos para su medición.
-Interpreta lógicamente y diferencia los conceptos básicos relativos a las propiedades térmicas, magnéticas, ópticas, eléctricas, químicas y mecánicas de los materiales.
-Aplica los conceptos básicos para argumentar y diseñar componentes y/o estructuras mecánicas (ductilidad, resistencia a la tracción y a la fluencia, módulo elástico, tenacidad, etc.) térmicas (conductividad, calor específico, poder calorífico, coeficiente de expansión, etc.) y eléctricas (conductividad, resistividad, resistencia y constante dieléctricas).
-Interpreta coherentemente los resultados de los ensayos de tensión, de termofluencia, de fatiga, de tenacidad a la fractura, de dureza y de impacto Charpy y comprender su aplicación en la solución de problemas de ingeniería.
-Identifica, analiza, clasifica y diferencia los diferentes métodos de medición de dureza, en términos de la forma y tamaño del penetrador, el tipo y magnitud de la carga aplicada, así como de las unidades utilizadas para su medición.
-Describe el efecto de la temperatura, de las cargas y de las atmósferas sobre las propiedades mecánicas y de corrosividad de los materiales.
-Describir y aplicar los fundamentos básicos de la estructura cristalina de los
-Materiales de Ingeniería.
-Diferencia los materiales cristalinos de los amorfos.
-Aplica los conceptos sistema cristalino, red cristalina, celda unitaria, parámetros de red, puntos por celda, número de coordinación, factor de empaquetamiento para describir las estructuras cristalinas de los materiales.
-Conoce los índices de Miller para los planos cristalográficos en celdas unitarias cúbicas.
-Aplica el modelo de esferas duras para la estructura cristalina de las celdas unitarias cúbicas con el fin de calcular la densidad lineal, la superficial y la volumétrica de un metal.
-Identificar, describir y clasificar los principales defectos estructurales de los materiales y sus implicaciones en las propiedades de los mismos.
-Conoce las etapas de solidificación de los metales y la formación del cristal.
-Identifica y diferencia los tipos de soluciones sólidas metálicas.
-Diferencia los defectos estructurales en los materiales de los defectos de volumen.
-Explica la influencia e importancia de las imperfecciones cristalinas en las propiedades de los materiales metálicos.
-Conoce los principios del funcionamiento de los microscopios ópticos y electrónico de barrido.
-Resuelve problemas en la selección de materiales y diseño del texto guía.
-Describir la primera y segunda ley de difusión de Fick, y explicar la movilidad de los átomos y su implicación en los tratamientos térmicos y otros procesos industriales.
-Utiliza la primera y la segunda ley de Fick para explicar la movilidad de los átomos y su relación con los procesos industriales de difusión.
-Conoce las aplicaciones de la difusión en los tratamientos termoquímicos de carburización y nitruración de aceros.
-Utiliza las leyes de difusión de Fick, 1 y 2, para resolver los problemas del Texto guía.
-Describir y clasificar los criterios técnicos para seleccionar los diferentes tipos de materiales (metálicos, polímeros, cerámicos, compuestos)
-Clasifica los materiales según su composición química, propiedades y usos.
-Selecciona los materiales para aplicaciones en ingeniería de acuerdo a criterios técnicos y económicos.


5. METODOLOGÍA

La estrategia a utilizar para el logro de los objetivos propuestos consiste en:

-Exposición de los temas por parte del profesor a través de presentaciones de clase preparadas con base a los contenidos del texto guía y los de consulta.
-Programación de clases prácticas, a manera de Laboratorio - Taller donde los estudiantes puedan corroborar los conceptos discutidos en las sesiones teóricas y estar en contacto con la nuevas tecnologías asociadas y presentar informes de resultados.
-Asignación de lecturas complementarias, revisiones bibliográficas y problemas para su estudio o resolución como trabajo fuera de clase, que serán evaluadas en clase mediante foros o mesas redondas o la estrategia que el profesor considere conveniente para la discusión.
-Asignación de actividades que serán desarrolladas en grupo, en clase o por fuera de ellas a criterio del profesor.
-Asignación de material complementario (en español o inglés) a través del catálogo WEB de la asignatura, y eventualmente, a criterio del profesor, se podrán desarrollar módulos en AULA VIRTUAL.


6. MEDIOS

Básicamente en el curso se utilizarán:
Tablero, marcadores, videobeam, equipos y herramientas de laboratorio, computadores, texto guía, catálogo Web, revistas especializadas, Internet.


7. CONTENIDO

7.1. INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
-Introducción.
-Los Materiales y la ingeniería.
-Ciencia e Ingeniería de los materiales.
-Introducción al laboratorio de materiales.
-Tipos de materiales, competencia entre ellos.
-Tendencias en el uso y avances recientes en la ciencia y tecnología de los materiales.
-Relación entre estructura, propiedad y procesamiento. Introducción a la metalografía.
-Efectos ecológicos sobre el comportamiento de los materiales.
-Diseño y selección de materiales: Criterios de selección.
-Introducción a las propiedades de los materiales.

7.2. ESTRUCTURAS ATOMICA Y ENLACE
-Introducción.
-Números atómicos y masas atómicas.
-Estructura del átomo.
-La estructura electrónica de los átomos.
-Tipos de enlaces atómicos y enlaces moleculares.
-Energía de enlace y espaciamiento interatómico.
-Problemas.

7.3. ESTRUCTURAS CRISTALINAS Y AMORFAS EN LOS MATERIALES
-Introducción.
-Orden de corto alcance comparado con orden de largo alcance.
-Celdas unitarias.
-Transformaciones alotrópicas y polimórficas.
-Puntos, direcciones y planos en la celda unitaria.
-Materiales amorfos.
-Problemas.

7.4. SOLIDIFICACION E IMPERFECCIONES CRISTALINAS.
-Solidificación de metales y formación de cristales.
-Soluciones sólidas metálicas.
-Imperfecciones cristalinas.
-Defectos cerodimensionales o de punto.
-Defectos unidimensionales o de línea(dislocaciones).
-Defectos bidimensionales o de superficie( límites de grano).
-Defectos tridimensionales o volumétricos.
-Problemas.

7.5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS Y COMPONENTES.
-Introducción.
-Clasificación de propiedades.
-Propiedades físicas insensibles a la microestructura: Densidad, temperatura de fusión, temperatura de transición vítrea, coeficiente de expansión térmica lineal, conductividad térmica, conductividad eléctrica, Corrosión y degradación.
-Propiedades físicas sensibles a la microestructura: Resistencia, Ductilidad, Tenacidad a la fractura, Fatiga, Termofluencia, Impacto, Dureza.
-Propiedades mecánicas de los materiales y métodos de ensayo I Laboratorio de ensayos mecánicos I.
-Laboratorio de ensayos mecánicos II.
-Problemas.

7.6. PROCESOS ACTIVADOS POR TEMPERATURA Y DIFUSION EN LOS SOLIDOS.
-Introducción.
-Cinética en los procesos sólidos.
-Difusión atómica en sólidos: Mecanismos de difusión.
-Energía de activación para la difusión.
-Difusión en estado estacionario (primera ley de Fick).
-Difusión en estado no estacionario (Segunda ley de Fick).
-Efecto de la temperatura en la difusión en los sólidos.
-Aplicaciones industriales de los procesos de difusión.
-Problemas.

7.7. MATERIALES METÁLICOS, POLIMERICOS, CERAMICOS Y COMPUESTOS
-Resumen sobre Procesado de materiales y principales diferencias.
-Realación estructura-propiedades-desempeño.
-Propiedades relevantes de los materiales.
-Principales usos y aplicaciones de los materiales.
-Designación de los materiales según normas ASTM, SAE, AISI.
-Principales tratamientos de acabado.
-Clasificación de los materiales
-Problemas del texto guía seleccionados.


8. EVALUACIÓN

Promedio de talleres, tareas y nota de laboratorio: 35%
Primer parcial: 20%
Segundo parcial: 20%
Examen final: 25%


9. BIBLIOGRAFÍA

Smith, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, Cuarta edición, Mc Graw-Hill, Madrid, 2006. TEXTO GUIA
Askeland 1, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales, Cuarta edición. Iberoamericana, México, 2004. International Thomson Editores..
Avner, Sydney. Introducción a la Metalurgia Física. Edit. McGraw-Hill.
Budinski Kenneth. G. y Budinski Michael K. Engineering Materials Properties and Selection. Sixth Edition. Prentice Hall.
Callister William D., Jr. -Materials Science and engineering an introduction Fourth Edition. Edit. Wiley.
Flinn, Richard A. / Trojan, Paul K. Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones, Tercera Edición, Mc Graw-Hill, Bogotá 1989.
Mangonon Pat L.. Ciencia de Materiales, selección y Diseño. Prentice Hall.
Shackelford, James. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Ed. Prentice Hall.
Schaffer, Saxena, Antolovich, Sanders, Warner. Ciencia y diseño de materiales para Ingeniería. Segunda edición en ingles, Primera edición en español. Compañía Editorial Continental (Grupo K-TDRA LTDA.)
Thornton, Peter a. / Colangelo Vito J. Ciencia de materiales para ingeniería. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México, 1987.
Van Vlack, Lawrence. Materiales para ingeniería, Cesca, México 1983
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