Propiedades Estructurales I

Transcripción

1 1. Objetivos de la asignatura. a) Objetivos generales: Propiedades Estructurales I Adquirir criterios básicos para determinar las propiedades de un material para una aplicación ingenieril estructural. Estos conceptos constituyen una rama angosta de la Ciencia de Materiales que ha recibido un fuerte impulso en los últimos 30 años con el advenimiento de los materiales fuertes y livianos, capaces de soportar cargas estáticas y dinámicas en condiciones diversas; que se dio en paralelo con el desarrollo de distintas tecnologías (por ej. la industria aeronáutica). b) Objetivos específicos: Se listan en cada unidad en el punto siguiente. 2. Enunciación de la totalidad de los contenidos a desarrollar en la asignatura. Unidad 1: Solidificación de aleaciones. Adquiera conceptos básicos acerca del efecto sobre el proceso de solidificación de variables como temperatura, velocidad de enfriamiento y composición química que le permitan aplicarlos al control de las propiedades mecánicas de componentes fabricados por moldeo, colada continua o soldadura Diagramas de fases Microestructuras. Solidificación celular y dendrítica. Solidificación eutéctica Microsegregación 1.4. Colada continua y soldadura por fusión Solidificación de piezas. Macrodefectos. Bibliografía: 3,5,14. Unidad 2: Aceros y fundiciones de hierro. Diagrama Fe-C y Fe-C-Si conozca los diagramas Fe-C estable y metaestable a fin de indentificar los diferentes microconstituyentes de las aleaciones de mayor uso en aplicaciones ingenieriles estructurales para posteriormente comprender las modificaciones producidas por los diferentes tratamientos térmicos. interpretar los cambios producidos en los puntos críticos y en las propiedades (temperatura de transición, ductilidad, tensión de rotura, etc) debidos al agregado de diferentes elementos de aleación comunes en aceros al carbono y aleados.

2 identificar los diferentes microconstituyentes en fundiciones de hierro dependiendo de la composición química y de la velocidad de enfriamiento Diagrama estable y metaestable. Constituyentes microestructurales Aceros. Fundiciones. Propiedades. Bibliografía: 3, 7,8, 13,14. Unidad 3: Elementos de la teoría de dislocaciones. explore los mecanismos de deformación en sólidos monocristalinos y su relación con las diferentes estructuras cristalinas sea capaz de interpretar las restricciones al movimiento de los distintos tipos de dislocaciones Deslizamiento en cristales perfectos Resistencia teórica máxima para el deslizamiento Dislocaciones 3.4. Deslizamiento por movimiento de dislocaciones Deformación provocada por movimiento de dislocaciones Tensión necesaria para el movimiento de dislocaciones Restricciones cristalográficas al movimiento de las dislocaciones Esfuerzo de corte crítico resuelto Deslizamiento cruzado Maclado. Bibliografía: 1,2,3,4,5. Unidad 4: Elementos puros. pueda explicar los fenómenos de endurecimiento por deformación y por refinamiento de grano a partir de la comprensión de las interacciones dislocación/dislocación y dislocación/ límite de grano. Identifique la fuerza impulsora para la recristalización y la influencia de las distintas variables en el proceso Campo de tensiones alrededor de una dislocación 4.2. Energía elástica de una dislocación Densidad de dislocaciones en un monocristal Interacción de dislocaciones Nucleación de dislocaciones Endurecimiento por deformación Bordes de grano Subgranos y recristalización. Bibliografía: 1,2,3,4,5.

3 Unidad 5:. Sistemas monofásicos. Comprenda el fenómeno de endurecimiento por solución sólida a través de la interacción entre diferentes tipos de dislocaciones y los átomos de soluto Soluciones sólidas intersticiales y substitucionales Interacción soluto-dislocaciones Efectos orden-desorden. Bibliografía: 1,2,3,4,5. Unidad 6: Transformaciones en estado sólido I. comprenda el origen de los microconstituyentes de las aleaciones metálicas en función de su diagrama de equilibrio y de las variables del tratamiento térmico (temperatura, tiempo de permanencia, velocidad de enfriamiento) 6.1. Clasificación.Transformaciones difusionales y adifusionales Conceptos termodinámicos 6.3. Nucleación y crecimiento en estado sólido. Energía y movilidad de Intercaras Morfología de precipitados. Transformación eutectoide Solubilización y envejecimiento. Bibliografía: 3,4,6,7, 10, 11,14. Unidad 7: Transformaciones en estado sólido II. comprenda el origen de los microconstituyentes de las aleaciones metálicas en función de su diagrama de equilibrio y de las variables del tratamiento térmico (temperatura, tiempo de permanencia, velocidad de enfriamiento) 7.1. Transformaciones martensítica y bainítica Diagrama generalizado Fe-C Temple y templabilidad Revenido. Fragilidad Temas avanzados en tranf. martensítica. Memoria de forma y super elasticidad y plasticidad Bibliografía: 3,4,6,7, 10, 11, 14. Unidad 8: Mecanismos de endurecimiento en Sistemas Multifásicos

4 interprete las propiedades mecánicas de las aleaciones a partir de la interacción entre dislocaciones y partículas de segunda fase. comprenda el efecto de la acción conjunta de distintos mecanismos de endurecimiento a partir del análisis de la microestructura y propiedades de aleaciones de alta tecnología Propiedades estructurales de aleaciones multifásicas. Bordes de fase Forma y tamaño de la fase dura. Partículas finas. Fases insolubles. Endurecimiento por precipitación y por dispersión Aleaciones de aluminio. Bibliografía: 3,4,6,7,9, 10, 11,14. Unidad 9 Fractura identifique las características distintivas de la fracturas dúctil y frágil comprenda los mecanismos de aumento de la tenacidad a la fractura y su relación con la microstructura de las aleaciones a fin de controlar los procesos de fabricación para obtener materiales más tenaces y confiables Fractura dúctil y frágil Transición dúctil - frágil 9.3. Aspectos microestructurales relacionados con la tenacidad a la fractura. Bibliografía: 1,3,4, 12, 14. Unidad 10: Fatiga. comprenda el concepto de iniciación y crecimiento subcrítico de fisuras sea capaz de identificar los factores que afectan la vida de un componente sometido a carga cíclica, en especial, la relación entre la microstructura de las aleaciones y la iniciación y el crecimiento de fisuras por fatiga Definición de fatiga Factores que influyen sobre el daño por fatiga Iniciación de fisuras por fatiga Crecimiento de fisuras por fatiga. Fractura Influencia de la microestructura en la iniciación y crecimiento de fisuras por fatiga Identificación de fallas típicas en componentes mecánicos Fatiga de contacto Bibliografía: 1,3,4,5, 14.

5 Unidad 11: Propiedades de los metales a alta temperatura. comprenda el mecanismo de fluencia lenta y el efecto de variables metalúrgicas (tamaño de grano, presencia de partículas de segunda fase, etc.) sobre la vida de un componente sometido a tensiones y temperaturas elevadas. sea capaz de identificar las características macro y microscópicas de las fallas por termofluencia Mecanismos de termofluencia Cizallamiento del límite de grano Fractura intercristalina La curva de termofluencia Aplicaciones prácticas de los datos de termofluencia Aleaciones resistentes a alta temperatura. Bibliografía: 1,3,4,5,14 Unidad 12:. Tratamientos Superficiales conozca e interprete diferentes procesos de modificación superficial de aleaciones metálicas y su efecto sobre el comportamiento en servicio Tratamientos termoquímicos. Cementación y nitruración Temple superficial, modificación con láser, otros Recubrimientos. Bibliografía: 3,4,6,7, 10, 11, 14. Unidad 13: Aleaciones especiales conozca otras aleaciones que son utilizadas para aplicaciones estructurales con requerimientos particulares como resistencia a la corrosión, biocompatibilidad, etc. y discuta los aspectos relevantes de su metalurgia Aceros microaleados, dual-phase Superaleaciones base Co, Ni, Fe. Aleaciones refractarias Aceros inoxidables: tipos, metalurgia, microestructura, propiedades, aplicaciones Titanio y sus aleaciones: tipos, metalurgia, microestructura, propiedades, aplicaciones. Bibliografía: 3,4, 6, 7, 10, 11,13, 14.

6 Unidad 14: Análisis de falla adquiera la metodología que le permita, siguiendo un procedimiento de análisis, identificar la/s causa/s de la falla de componentes estructurales Examen de las partes: Inspección visual. Inspección por microscopía óptica. SEM/TEM Ensayos (dureza, metalográficos, etc.) Información adicional Planos, especificaciones, normas Ensayos operacionales Ejemplos Bibliografía: 1,4. 3. Referencias bibliográficas 1.."Deformation and Fracture mechanics of Engineering Materials" R.W. Hertzberg. Ed. John Wiley & Sons (1995). 2."Propiedades mecánicas" Vol. III Ciencia de Materiales. H.Hayden, W. Mofatt, J. Wulff. Limusa-Wiley (1978). 3."Principios de Metalurgia Física" R.E.Reed-Hill. C.E.C.S.A. (1979). 4. "Strength and Fracture of Engineering Solids" D.Felbeck and A.Atkins. Prentice-Hall Inc (1996). 5."Mechanical Metallurgy" G.E. Dieter Ed. McGraw-Hill (1986). 6."Phase Tranformations in Metals and Alloys" D.Porter, K. Easterling. Ed. by Van Nostrad Reinhold Pub. 7. Metalografía Vol I y II A.P. Guliáev, Ed. MIR (1983). 8. "Cast Iron Technology" Roy Elliot Ed. Butterworth (1988) 9. " The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels" T. Gladman Ed. The Institute of Materials (1997) 10. "Precipitation Hardening". J.W. Martin 2nd. Edition. Ed Butterworth/Heinemann. (1998) 11. "Physical Metallurgy" R.W.Cahn and P Haasen Ed. 4 th. edition. North Holland (1996) 12. Fracture Mechanics. Fundamentals and Aplications T.L. Anderson 2 nd. Edition, CRC Press (1994) 13. "Structures and Properties of Engineering Alloys W.F.Smith. Ed. McGraw-Hill (1993) 14. ASM Handbook, 10 th Edition. (vol. varios) 4. Descripción de Actividades de aprendizaje.

7 El curso será de carácter formativo en primera instancia. Se pretende que el alumno no memorice una gran cantidad de información sino adquirir los principios y conceptos fundamentales que le permitan interpretar el comportamiento de un material y sí aprender donde están, cuáles son y como utilizar las fuentes de información específicas que existen. En particular se trata de dar un enfoque ingenieril a la materia, ya que se trata de una asignatura específica. Con el fin de alcanzar los objetivos mencionados, el dictado de la materia consta de clases teóricas, seminarios y trabajos prácticos de laboratorio. Con respecto a los seminarios, los mismos se desarrollarán para todas las unidades, de modo que permitan afianzar y clarificar los conceptos teóricos aprendidos en clase, motivando a los alumnos a razonar y resolver problemas diversos. Se realizarán trabajos prácticos de laboratorio, los cuales serán explicados con una semana de anticipación. A continuación se detallan temas de los mismos - Microscopía: Descripción y utilización del microscopio metalográfico. Selección, preparación y observación de probetas metalográficas. - Diagrama Fe-C: Aceros y fundiciones. Reconocimientos de fases al microscopio. Estructuras de equilibrio. Influencia de las impurezas constantes sobre las microestructuras y las propiedades. Normas. Recocido. Normalizado. Zona acoplada. Estructura Widmanstatten. Diagrama Fe-C generalizado. - Temple y templabilidad : Ensayo Jominy, medios de enfriamiento, observación de microestructuras. - Fatiga y fractura: Observación de muestras. - Curvas de enfriamiento: Adquisición de datos. Termocuplas. Hornos. - Tratamientos superficiales: Observación de muestras con diferentes tratamientos termoquímicos y recubrimientos.