Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Tratamientos Térmicos Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAC-1030 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. La asignatura de Tratamientos Térmicos, proporciona al egresado la capacidad de cambiar, mejorar u optimizar las propiedades de los materiales mediante la aplicación de un ciclo térmico. Para ello utilizará como herramienta fundamental los diagramas de fases y los diagramas temperatura - tiempo transformación para predecir los cambios estructurales en función de la velocidad de enfriamiento en materiales metálicos. Analizar la influencia que tiene la temperatura de calentamiento y la composición química sobre los cambios estructurales y su relación con las propiedades. Identificará los tipos de atmosferas que le permitirán controlar los fenómenos de oxidación y decarburación en piezas metálicas. Investigar el tratamiento térmico que propicia el cambio de una estructura amorfa a cristalina para reforzar el vidrio. Las competencias desarrolladas le darán la capacidad de asesorar y participar en proyectos multidisciplinarios que incidirán en su entorno además de posibilitarle el apoyo en áreas educativas y de investigación. Intención didáctica. Se organiza el temario de la asignatura en cuatro unidades. En la primera unidad se presentan los conceptos básicos de los tratamientos térmicos como son su clasificación, tipos de diagramas TTT, la construcción de éstos, así como el análisis de casos de diagramas, se incluyen los factores que afectan la forma y posición de las curvas TTT así como las velocidades de enfriamiento. En la segunda unidad se contemplan los diferentes tratamientos térmicos de ablandamiento, endurecimiento, isotérmicos y superficiales, sobre aleaciones Fe-C En la tercera unidad se contemplan los tratamientos térmicos para aleaciones no ferrosas, se hace énfasis en las de mayor aplicación comercial como son las aleaciones base aluminio, cobre, magnesio y superaleaciones (titanio). En la cuarta unidad se abordan los tratamientos térmicos para materiales no metálicos. El enfoque sugerido para la asignatura de tratamientos térmicos requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de conocimiento sobre: 1. Realizar investigación documental sobre conceptos básicos de los tratamientos térmicos. 2 Conocer los principales tratamientos térmicos en un proceso de fabricación dentro de la Empresa. 3. Solucionar casos prácticos relacionados con los tratamientos térmicos. 4. Fomentar la asistencia del alumno a conferencias y seminarios relacionados con los 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 tratamientos térmicos de los materiales metálicos. 5. Simular toma de decisiones sobre el diseño y control de los parámetros de un tratamiento térmico. Por las razones anteriores las actividades prácticas se deben aplicar posteriormente al tratamiento teórico de los temas, de manera que pueda observarse lo visto previamente en clase, como una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de los casos prácticos a desarrollar dentro de las actividades de aprendizaje dentro de su plan de trabajo. La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren sobre todo las necesarias para hacer más significativo y efectivo el aprendizaje. Algunas de las actividades sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase y comenzar el tratamiento en clase a partir de la discusión de los resultados de las observaciones. Se busca partir de experiencias concretas, cotidianas, para que el estudiante se familiarice con el entorno de los tratamientos térmicos dentro de los procesos de manufactura de materiales y no sólo se expongan en el aula. Es importante ofrecer escenarios distintos, ya sean simulados y virtuales cercanos a la realidad. En las actividades de aprendizaje sugeridas, generalmente se propone la aplicación de los conceptos a partir de realidades industriales concretas; se busca que el alumno tenga un primer contacto con el concepto en forma razonada y sea a través de la aplicación, observando, reflexionando y explicando el planteamiento de casos prácticos que hará después de este proceso. En el desarrollo de las actividades programadas es muy importante que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su futuro profesional; de igual manera, aprecie la importancia del conocimiento y los hábitos de trabajo; desarrolle la precisión y el interés, la formalidad, la colaboración e integración, la tenacidad, la flexibilidad y la autonomía. Por lo anterior es necesario que el profesor ponga atención y cuidado en todos estos aspectos para el desarrollo de las actividades de aprendizaje de esta asignatura de tratamientos térmicos.

3 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Diseñar un tratamiento térmico en función del uso, estructura o propiedades requeridas. Establecer de manera precisa la influencia que tienen las condiciones de enfriamiento sobre los cambios estructurales y propiedades. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis, síntesis y abstracción. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidad en el uso de tecnologías de información y comunicación. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Competencias interpersonales Capacidad crítica y autocrítica. Apreciación de la diversidad y la multiculturalidad Competencias sistémicas Habilidades de investigación. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad de aprender. Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Búsqueda de logro. Sensibilidad hacia temas medioambientales.

4 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de: Chihuahua, Irapuato, Morelia y Saltillo Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.

5 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Diseñar un tratamiento térmico en función del uso, estructura o propiedades requeridas. Establecer de manera precisa la influencia que tienen las condiciones de enfriamiento sobre los cambios estructurales y propiedades. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Identificar los mecanismos de endurecimiento Interpretar y explicar la influencia de la velocidad de enfriamiento sobre la cinética de una transformación Identificar los mecanismos de transformación de una fase 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Tratamientos térmicos 1.1 Definición y clasificación de los tratamientos térmicos 1.2 Diagramas Temperatura, Tiempo, Transformación (TTT) 1.3 Construcción de diagramas TTT 1.4 Factores que afectan la forma y posición de las curvas TTT 1.5 Tipos diagramas TTT 1.6 Velocidad crítica de temple 1.7 Análisis de casos 1.8 Tipos de atmósferas 1.9 Tipos de hornos usados en TT 1.10 Disposición de residuos. 2 Tratamientos térmicos de aleaciones Fe-C 2.1. Tratamientos térmicos de ablandamiento (recocido, normalizado) 2.2. Tratamientos térmicos de endurecimiento (temple, revenido) 2.3. tratamientos térmicos isotérmicos (austempering, martempering, patenting) 2.4. Tratamientos térmicos superficiales (termoquímicos, térmicos, CVD y PVD) 3 Tratamientos térmicos de aleaciones no ferrosas 3.1. Aleaciones de aluminio 3.2. Aleaciones de cobre 3.3. Tratamiento térmico de aleaciones ligeras (Mg) 3.4. Tratamiento térmico de superaleaciones (Ti)

6 4 Tratamientos térmicos de materiales no metálicos 4.1. Tratamiento térmico del vidrio 4.2. Vidrios metálicos y aleaciones amorfas Transición vítrea en polímeros Transición martensítica inducida por esfuerzo.

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Impulsar la transferencia de las competencias adquiridas en la asignatura a diferentes contextos. Estimular el trabajo interdisciplinario para lograr la integración de las diferentes asignaturas del plan de estudios. Crear situaciones que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y para la solución de problemas. Incrementar la realización de actividades o tareas que den cuenta por medio de evidencias, de que la competencia se ha desarrollado. Propiciar en el estudiante, el sentimiento de logro y de ser competente. Estimular la práctica de procesos metacognitivos (de la reflexión acerca de los propios procesos). Propiciar el planteamiento de preguntas y la solución de problemas, así como el aprendizaje a partir del error. Estimular la búsqueda amplia, profunda y fundamentada de información. Promover la precisión en el uso de nomenclatura y terminología científica, tecnológica y humanística. Propiciar la autorregulación del aprendizaje. Retroalimentar de manera permanente el trabajo de los estudiantes. Fomentar el trabajo autónomo. Promueve la autoevaluación, la coevaluación y la evaluación grupal. Proponer ejemplos guía. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes de los contenidos teóricos de la asignatura. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías de la información y comunicación para el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes.

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Exposición y discusión en clase. Talleres. Investigaciones en fuentes de información. Visitas a industrias, museos, laboratorios y centros de información. Uso de Software Materiales audiovisuales Mapas conceptuales. Practicas experimentales. Asistencia a foros y conferencias. Criterios de evaluación. Dentro de estas pueden considerarse: Resultados de la investigación. Resultados de los productos de los talleres físicos y electrónicos. Examen escrito Reporte de prácticas Desempeño personal integral en clase. Reportes integrales UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Tratamientos térmicos Competencia específica a desarrollar Conocer y manejar los fundamentos de los tratamientos térmicos. Actividades de Aprendizaje Realizar una investigación bibliográfica de los tratamientos térmicos y elaborar un mapa metal o conceptual sobre definición y clasificación de los TT. Representar gráficamente un ciclo de tratamiento térmico. En equipos de dos personas buscar el diagrama TTT de un material. Identificar las causas que afectan la forma y posición de las curvas TTT Investigar las condiciones que deben reunir los materiales metálicos para ser tratados térmicamente. Analizar los cambios en propiedades y estructura que produce un tratamiento térmico. Realizar una recopilación de los hornos utilizados en los TT. Analizar las atmósferas de TT empleadas por ASTM en forma individual Listar las similitudes y diferencias entre los principales hornos de TT. Analizar algunos TT indicando los

9 pasos, las condiciones, los materiales, los procesos y los cambios que provocan en las propiedades. Unidad 2: Tratamientos térmicos de aleaciones Fe-C Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje El alumno aplicar las características de los tratamientos térmicos para aleaciones de Fe-C, principalmente aceros y fundiciones, así como deberá diseñar y desarrollar los ciclos de tratamiento. El alumno deber conocer los constituyentes que son posibles obtener durante un tratamiento térmico para un acero en función de su velocidad de enfriamiento. Identificar los parámetros de tratamientos térmicos que permiten incrementar la ductilidad y tenacidad de las aleaciones Fe-C. Explicar la diferencia entre recocido y normalizado y la influencia que la velocidad de enfriamiento tiene sobre la fineza de la perlita. Realizar una clasificación de los diferentes tratamientos térmicos de recocido Elaborar un mapa mental con las características de los tratamientos térmicos de endurecimiento Comparar la naturaleza de la estructura y propiedades entre los tratamientos térmicos de ablandamiento y endurecimiento. Explicar bajo qué condiciones se realiza un tratamiento térmico de revenido Identificar las etapas de un tratamiento térmico de revenido y los cambios estructurales asociados Establecer que es el endurecimiento secundario y en qué tipo de aceros se observa. Investigar las diferencias entre un ciclo térmico de enfriamiento continuo y uno isotérmico Diseñar tratamientos isotérmicos Realizar tratamientos térmicos superficiales y analizar su influencia sobre la estructura y propiedades de las aleaciones Fe-C Descargar videos de you tube de los procesos involucrados y proyectarlos

10 en clase. Lograr que el alumno seleccione el TT adecuado para los aceros y las fundiciones. Hacer las prácticas correspondientes de las aleaciones ferrosas. Unidad 3: Tratamientos térmicos de aleaciones no ferrosas Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Aplicar los principios teóricos para realizar tratamientos térmicos en aleaciones no ferrosas. Identificar y discutir las condiciones que hacen susceptible de tratar térmicamente una aleación no ferrosa Identificará los tratamientos térmicos aplicables a aleaciones base aluminio u su efecto en las propiedades Analizar los mecanismos que provocan endurecimiento en las aleaciones de aluminio tratables térmicamente Investigar las condiciones para realizar tratamientos térmicos en aleaciones de cobre Identificar las condiciones para aplicar tratamientos térmicos en otras aleaciones no ferrosas (Mg, Ti) Diseñar un tratamiento térmico y realizar la práctica correspondiente al material seleccionado por cada equipo. Discutir en forma grupal los resultados de los TT aplicados, enfocándose al cambio o mejora de las propiedades. Unidad 4: Tratamientos térmicos de materiales no metálicos Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Identificar y analizar los tratamientos térmicos aplicados a materiales no metálicos. Conocer las reacciones de precipitación que se presentan en cerámicos y semiconductores. Establecer las características que presenta la descomposición espinodal en los materiales cerámicos. Descubrir en qué consiste la transición vítrea en un polímero.

11 Conocer los procesos industriales de recocido y temple en vidrios. Establecer los parámetros de temperatura, calentamiento y enfriamiento para los tratamientos térmicos de los diferentes materiales no metálicos.

12 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. ASM Handbook, Vol. 3. "Alloy Phase Diagrams", ASM, USA, ASM Handbook, Vol 9. "Metallography and Microstructures", ASM, USA, ASM & ESC. "Atlas of continuous Cooling Transformation Diagrams for Engineering Steels". Ed. American Society for Steels and British Steel Corporation, Heat Treating Metals Handbook Volumen 4 American Society for Metals. 5. Tratamientos Térmicos de los aceros Jose Apraiz Barreiro. 6. Yu. M. Lajtin. Metalografía y Tratamientos térmicos de los Metales ED. Mir. Moscú, Aceros Especiales Jose Apraiz Barreiro. 8. Fundiciones José Apraiz Barreiro. 9. Callister, W.D.: Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales (Vol. I y II).Ed. Reverté. 10. Askeland, D.R.: La Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Ed. Grupo Editorial Iberoamericano. 11. Smith, W.F.: Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Ed. Mc Graw-Hill. 12. J.K. Shakelford.: Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. Ed. 13. Prentice-Hall. 14. J. Polmear, Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals, 3rd edition, Arnold, D. G. Altenpohl, Aluminum: Technology, Applications, and Environment, 6th edition, TMS, C. Leyens and M. Peters, Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and 17. Applications, Wiley-VCH, M. Avedesian and H. Baker, Magnesium and Magnesium Alloys, ASM International, M. J. Donachie, Superalloys: a Technical Guide, 2nd edition, ASM International, T. W. Clyne and P. J. Withers, Introduction to Metal Matrix Composites, Cambridge University Press, PRÁCTICAS PROPUESTAS Recocido, Normalizado, Temple de aceros, Temple y revenido de aceros. Tratamientos Isotérmicos. Tratamientos Termoquímicos. Tratamientos Térmicos de materiales no ferrosos. Tratamientos Térmicos de materiales no metálicos.