1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Transiciones de Fases Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAE-1029 SATCA 1 3 1-4 2.- PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta materia aporta al ingeniero en materiales los fundamentos teóricos relacionados con los mecanismos que permiten explicar las transformaciones de fase que ocurren durante la aplicación de un ciclo térmico y los conocimientos adquiridos en esta materia aplican en tratamientos térmicos, materiales cerámicos, materiales avanzados, procesos cerámicos y conformación de metales. Intención didáctica. El temario se organiza en cinco unidades, agrupando contenidos conceptuales al inicio de cada unidad, abordando también en cada una de estas la aplicación práctica de los conocimientos lo cual permite comprender la relación estructura-propiedades-aplicación de los materiales. En la primera unidad se adquieren los fundamentos necesarios para comprender el desarrollo de las transformaciones de fase en el estado sólido que ocurren en los procesos de fabricación de muchos materiales. En la segunda unidad se abordan las transformaciones controladas por procesos de difusión en el estado sólido en condiciones de equilibrio y no equilibrio para comprender el efecto que estos tendrán sobre la estructura y propiedades de los materiales, vinculándolos también a casos específicos de materiales metálicos y cerámicos. Para la tercera unidad se analizan y comprenden las transformaciones adifusionales estableciendo sus características, conociendo y analizando sus diagramas de transformación de fase estableciendo los cambios estructurales y de propiedades provocados por este tipo de transformaciones en materiales reales analizando también sus aplicaciones actuales. En la cuarta unidad se analizan y comprenden los fundamentos relacionados con las transformaciones que tienen una doble naturaleza al ser controladas por procesos de difusión en el estado sólido pero que también presentan características típicas de las transformaciones adifusionales ocupándose de casos específicos que permitan observar el efecto de dichas transformaciones sobre la estructura y propiedades de los materiales. Finalmente en la unidad cinco, se realiza la descripción de otras transformaciones de importancia científica e industrial en el desarrollo de materiales avanzados como son la condensación y las transformaciones en materiales amorfos. 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
La materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación como la identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis y trabajo en equipo. Es necesario propiciar procesos intelectuales como la inducción-deducción y análisis-síntesis que favorezcan la actividad intelectual compleja. Para el desarrollo de las actividades prácticas es necesario que el profesor solo guíe a sus alumnos permitiendo que ellos identifiquen controlen y registren las variables involucradas en los procesos.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Comprender el proceso de nucleación y crecimiento en las transformaciones de fase en el estado sólido y los mecanismos que gobiernan la cinética de una transformación. Comprender las características de las transformaciones controladas por procesos difusionales, adifusionales y mixtas así como los cambios estructurales y de propiedades que provocan. Conocer los procesos que permiten cambios estructurales superficiales en los materiales comprendiendo el efecto de los parámetros implicados en ellos Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Conocimientos básicos de la carrera Comunicación oral y escrita Habilidades básicas de manejo de la computadora Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Toma de decisiones Competencias interpersonales Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades interpersonales Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Habilidad para trabajar en forma autónoma
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 2009. Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de 2010. Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de 2010. 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 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.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Comprender el proceso de nucleación y crecimiento en las transformaciones de fase en el estado sólido y los mecanismos que gobiernan la cinética de una transformación. Comprender las características de las transformaciones controladas por procesos difusionales, adifusionales y mixtas así como los cambios estructurales y de propiedades que provocan. Conocer los procesos que permiten cambios estructurales superficiales en los materiales comprendiendo el efecto de los parámetros implicados en ellos. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Identificar e interpretar diagramas de equilibrio. Identificar e interpretar los diferentes tipos de estructuras cristalinas estableciendo la relación estructura-propiedades de los materiales. Aplicar conceptos principios de análisis metalográficos e identificación de estructuras. Aplicación de conceptos y fundamentos fisicoquímicos 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Cinética de las transformaciones de fase. 2 Transformaciones controladas por difusión. 3 Transformaciones adifusionales. 4 Transformaciones mixtas. 1.1 Clasificación de las transformaciones de fase 1.2 Nucleación. 1.3 Crecimiento. 1.4 Características de las fases solidificadas. 2.1 Transformación eutectoide. 2.2 Precipitación en el estado sólido. 2.3 Descomposición espinoidal. 2.4 Transformaciones orden-desorden. 2.5 Ejemplos de transformaciones difusionales en sistemas metálicos y cerámicos. 3.1. Características de las transformaciones adifusionales. 3.2. Transformación martensítica. 3.3. Ejemplos de transformaciones martensíticas en sistemas metálicos y cerámicos. 3.4. Efecto de memoria de forma. 4.1. Transformación bainítica 4.2. Otros ejemplos de transformaciones mixtas 5 Otras transformaciones. 5.1. Condensación. 5.2. Materiales amorfos
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS El profesor debe ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes al socializar los resultados de las investigaciones y las experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra clase. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.. Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de guías escritas, redactar reportes e informes de las actividades de experimentación, exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones. Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisissíntesis, que encaminen hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una agricultura sustentable. Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, etc.). Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación tales como: observación, identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis y trabajo en equipo. Propiciar el uso adecuado de conceptos y terminología científico-tecnológica. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la materia con el cuidado del medio ambiente, así como con la práctica de una ingeniería con enfoque sustentable. Propiciar en el estudiante el sentimiento de logro y de ser competente.
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Que en la evaluación se integren los tres tipos de contenidos (conceptuales procedimentales y actitudinales). Que la evaluación contemple la hecha por el profesor, la coevaluación y la evaluación grupal. Que se obtengan evidencias de aprendizaje suficientes para que el alumno tenga certeza de haber adquirido y desarrollado sus competencias. Se recomiendan como instrumentos de evaluación: resúmenes, síntesis, glosarios, cuestionarios, reportes, informes, ensayos, presentaciones electrónicas, organizadores gráficos (mapas conceptuales, cuadros sinópticos, diagramas, tablas, cuadros comparativos), entrega de trabajos bajo los lineamientos y parámetros establecidos. Criterios de evaluación: Participación en clase Exposición de trabajos Realización de ejercicios prácticos Solución de problemas Reportes escritos de prácticas y presentación de materiales obtenidos Reportes de visitas con comentarios y sugerencias Informes de investigaciones documentales 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Cinética de las transformaciones de fase Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Analizar y comprender el proceso Investigar y analizar sobre los diferentes de nucleación y crecimiento de las sistemas de clasificación de las transformaciones de fase al estado transformaciones de fase. sólido y los mecanismos que Por equipos discutir las características de gobiernan la cinética de una la nucleación homogénea y heterogénea. transformación. Conocer la expresión del radio crítico y energía necesaria para la nucleción en condiciones homogéneas. Establecer la importancia de los defectos estructurales para la nucleación heterogénea. Investigar la influencia del grado de sobrenfriamiento en el tamaño del núcleo crítico y el trabajo necesario para la nucleación Investigar y analizar los factores que controlan el crecimiento de una nueva fase. Analizar la expresión que gobierna la
cinética de una transformación. Resolver problemas sobre cinética de una transformación aplicando la ecuación de Jhonson-Mehl y la ecuación de Arrenihus. Analizar cómo se genera un diagrama TTT así como los de transformación continua. Unidad 2: Transformaciones controladas por difusión Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Identificar y analizar las características de las transformaciones controladas por procesos difusivos. Investigar y discutir en sesión plenaria las características de las transformaciones difusionales del tipo: eutectoide, precipitación en el estado sólido, espinoidal, orden-desorden. Investigar el mecanismo de transformación difusional y los parámetros que afectan la cinética Investigar ejemplos de sistemas metálicos y cerámicos que presenten transformaciones del tipo difusional. Resolver problemas relacionados con la cinética de transformación difusional. Unidad 3: Transformaciones adifusionales Competencia específica a desarrollar Identificar y analizar las características de las transformaciones controladas por un proceso cizallante. Actividades de Aprendizaje Realizar un análisis de las características de la transformación martensítica Investigar ejemplos de sistemas metálicos y cerámicos que presenten transformaciones tipo martensítico Identificar los parámetros que afectan la cinética de una transformación de tipo adifusional. Realizar ensayos de artículos técnicocientífico sobre la transformación martensìtica y los fenómenos de memoria de forma. Investigar que materiales son suceptibles de transición adifusional en la transformación de sus fases. Investigar las condiciones que facilitan las
tansiciones adifusionales. Resolver problemas relacionados con transformaciones de tipo cizallente Unidad 4: Transformaciones mixtas Competencia específica a desarrollar Investigar y analizar las características de las transformaciones mixtas o intermedias. Actividades de Aprendizaje Investigar y discutir en sesión plenaria las características de las transformaciones mixtas. Discutir en grupos las características de la transformación bainítica en aceros. Realizar ensayos y presentación en clase de artículos técnico-cientificos sobre transformaciones tipo bainítica. Unidad 5: Otras transformaciones Competencia específica a desarrollar Investigar y analizar las características de las transformaciones en materiales amorfos y por condensación Actividades de Aprendizaje Investigar y discutir en sesión plenaria las características de las transformaciones en fase condensada Investigar y discutir en sesión plenaria las características de las transformaciones en materiales amorfos Realizar ensayos y presentación en clase de artículos técnico-científicos sobre estas transformaciones
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. F.N. Rhines, Phase Diagrams in Metallurgy, Ed. McGraw-Hill. 2. Metals Handbook, vol. 4, Heat Treating ASM 3. Grinberg D.M.K. Tratamientos térmicos de los aceros y sus prácticas de laboratorio. Ed. Limusa. 4. Burke, J. The Kinetics of the Phase Tranformations in Metals.Ed. Pergamos Prees. 5. Principios de Metalurgia Física (segunda edición).robert E. Reed Hill. Ed. C.E.C.S.A. 6. Introducción a la Metalurgia Física.Sydney H. Avner. Ed. McGraw-Hill. 7. Ciencia e Ingeniería de los Materiales.Donald R. Askeland (4a Edición).Ed. Thomson. 8. Thin Film Deposition.Smith D. L.Ed. McGrw-Hill 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS Analizar el efecto de la cinética de las transformaciones de fase en el estado sólido para establecer el efecto sobre la estructura y propiedades de materiales metálicos. Determinar las temperaturas de transición en materiales no metálicos mediante TGA, DTA, DSC y/o dilatometría.