1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Análisis de Fallas Mecánicas Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAF-1002 SATCA 1 3-2 - 5 2.- PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad de aplicar los fundamentos científicos de la ingeniería de materiales y sus interrelaciones entre la estructura, propiedades, procesos y aplicaciones así como los procedimientos de evaluación, seguridad y durabilidad para las condiciones de servicio de los materiales Intención didáctica. El temario está distribuido en 4 unidades, empezando con los fundamentos de la mecánica a la fractura de los materiales así como con la teoría y evaluación de la fatiga. Se discuten conceptos de concentración de esfuerzos y su efecto en las propiedades mecánicas en general de los materiales, tenacidad a la fractura, tipos de fractura y la velocidad de propagación de grietas, estos últimos temas son discutidos en la unidad 2. Una vez que se conocen las diferencias entre los tipos de fractura y la velocidad de propagación de las grietas de un material, se tienen que abordar los conceptos fundamentales de fractura, la cual es la corresponde al área de mecánica a la fractura. Finalmente, se discute en detalle la importancia e impacto de la tribología en el campo de la mecánica de la fractura y fatiga y se proponen diferentes experimentos de laboratorio para reforzar los conocimientos teóricos adquiridos. Esto también, con el fin de que se promueva el desarrollo de habilidades para experimentar, analizar, caracterizar e interpretar las variables y datos obtenidos, así como los cambios en el aspecto físico de los materiales mediante las diferentes técnicas de caracterización estructural y/o microestructural que se tienen para evaluar dichos aspectos. Todo esto puede resumirse, en que se pretende que el alumno posea los conocimientos suficientes, no sólo en la solución a problemas de fractura reales, sino también le provee de medios y herramientas necesarias para leer, entender y aplicar información del mecánica a la fractura y fatiga publicada en revistas especializadas. 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Conocer y desarrollar el mecanismo de iniciación y propagación de grietas en el material con base a su forma, localización y orientación, para determinar los mecanismos de falla en los materiales cuando están sometidos a la acción simultánea de esfuerzo y un medio corrosivo. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis y síntesis Conocimiento de lengua extranjera Comunicación oral y escrita Trabajo en equipo Aprendizaje autónomo Habilidades básicas de manejo de la computadora Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Solución de problemas Toma de decisiones Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Competencias interpersonales AquHaga clic aquí para escribir texto. Competencias sistémicas
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, Saltillo, Morelia, Zacatecas, Irapuato, Calkiní y Tlaxco 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 Conocer y desarrollar el mecanismo de iniciación y propagación de grietas en el material con base a su forma, localización y orientación, para determinar los mecanismos de falla en los materiales cuando están sometidos a la acción simultánea de esfuerzo y un medio corrosivo. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Reconocimiento de defectos estructurales y microestructurales Conocer cálculo diferencial e integral Conocer física del estado sólido Aplicar los métodos numéricos en la solución de ecuaciones Manejo y uso de microscopia óptica y electrónica Asociación de un comportamiento de variables con una representación gráfica y una representación analítica 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas Introducción a la mecánica 1.1. Introducción 1 de la fractura 1.1.1. Resistencia teórica 1.1.2. Modos de carga 1.1.3. Factor de concentración de esfuerzos 1.2. Principios de la mecánica de fractura 1.3. 1.2.1Aspectos metalúrgicos 1.4. Análisis de esfuerzos alrededor de grietas 1.5. Tenacidad de fractura 1.5.1. Teoría de Griffith 1.6. Determinación y aplicación del factor de concentración de esfuerzos (K IC ). 1.7. Tipos de fractura 2 Fatiga 2.1. Esfuerzos cíclicos 2.2. Curvas S-N 2.3. Iniciación y propagación de la grieta 2.4. Velocidad de propagación de la grieta 2.5. Factores que afectan la vida de fatiga de los materiales 2.6. Fatiga térmica 2.7. Fatiga higrotérmica 2.8. Mecanismos de fatiga 2.9. Pruebas de fatiga 3 Termofluencia 3.1. Comportamiento bajo condiciones de termofluencia 3.2. Influencia de la tensión y de la temperatura 3.3. Pruebas de termofluencia
4 Tribología 5 Análisis de casos prácticos 4.1. Generalidades y equipos 4.2. Topografía de superficies. 4.3. Contacto de sólidos. 4.4. Fricción. 4.5. Efecto del deslizamiento entre superficies. 4.6. Desgaste inicial. 4.7. Desgaste por adherencia. 4.8. Desgaste por abrasión. 4.9. Métodos de Control 4.10. Lubricación 5.1. Casos de fatiga y termofluencia 5.2. Casos de fragilización por Hidrógeno 5.3. Casos de recristalización en polímeros 5.4. Casos Industriales de Lubricación 5.5. Atlas de fractografía ASM
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en 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. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científicotecnológica 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 ingeniería con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Aplicar la creatividad y el espíritu emprendedor para el desarrollo de productos y procesos.
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Reporte de Investigación documental. Reporte de proyectos. Reporte de visitas industriales. Ensayo de la asistencia a foros y conferencias. Exámenes escritos. Portafolio de evidencias. Reportes de prácticas de laboratorio y productos obtenidos. 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Introducción a la mecánica de la fractura Comprender el concepto de fractura y como se propaga además de los fenómenos que lo producen. Realizar una revisión de las teorías que se relacionan directamente con la fractura. Relacionarlos desde el concepto microestructural. Unidad 2: Fatiga Saber identificar los distintos tipos fatiga. Entender el uso de los ensayos de los materiales. Conocer los principios y las condiciones que producen falla por fatiga en los materiales. Graficar e interpretar correctamente la curva S-N. Determinar el tiempo de vida de los materiales sometidos a cargas cíclicas. Reconocer las fallas por termofluencia. Diferenciar el concepto de agrietamiento por causas mecánicas de la falla y por corrosión. Unidad 3: Termofluencia Conocer y analizar las fallas de los materiales producidas por termofluencia. Analizar el comportamiento de los materiales sometidos a condiciones de termofluencia. Reconocer los efectos producidos por la termofluencia. Analizar la superficie de fractura por temofluencia.
Unidad 4: Tribología Conocer los diferentes fenómenos y ensayos mecánicos que producen y miden niveles de desgaste superficial. Comprender la topografía de superficies y como se mide. Reconocer los efectos producidos por fricción. Analizar el estudio del desgaste por contacto e impacto. Unidad 5: Análisis de casos prácticos Conocer y analizar algunos casos prácticos de estudio. Investigar casos prácticos de fallas de materiales. Identificar y clasificar los tipos de falla
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Dieter, George E. Mechanical Metallurgy. McGraw Hill, Third edition, Series in Materials Science and Engineering. 2. Popov, Egor P. Mecánica de Materiales. LIMUSA, Segunda edición. 3. Callister, William D. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Reverté, S. A. 4. Askeland, R. Donald y Phulé, Pradeep P. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Thomson Editores, Cuarte edición. 5. Mangonon, Pat L. Ciencia de los Materiales: Selección y Diseño. Prentice Hall 6. Sarkar, A. D. Desgaste de Metales. LIMUSA. 7. Meyers, A. M., Krishau Kumar, Chawla. Mechanical Metallurgy: Principles and Applications Prentice Hall, 1988. 8. Introduction to Tribology, Bharat Bhushan, August 2002 9. Fractografy ASM Metals Handbook Vol 4 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS Ensayo de tenacidad a la fractura Identificación de fallas a través de microscopía óptica y/o electrónica de barrido Identificación de fallas a través de emisión acústica Ensayo de fatiga Pruebas de desgaste por fricción.