ASIGNATURA: METALURGIA FÍSICA II · 2019. 5. 31. · Regular: Metalurgia Física II; OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: Transferir conocimientos y experiencias para la formación del ingeniero

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL CORDOBA

ASIGNATURA: METALURGIA FÍSICA II

ESPECIALIDAD: INGENIERÍA METALÚRGICA.

PLAN: 1995 (ADECUADO ORDENANZA N° 1058)

NIVEL: 4°

MODALIDAD: ANUAL

DICATADO: 1° Y2° CUATRIMESTRE

HORAS: 4 HS SEMANALES

HORAS ANUALES: 128 HS

BLOQUE: TECNOLOGÍAS BÁSICAS

AREA: MATERIAS INTEGRADORAS

CICLO LECTIVO: 2006

Correlativas para cursar: Regulares: Termodinámica Química, Metalurgia Física I, Ingeniería

Metalúrgica III;

Aprobadas: Inglés 1, Física II, Ingeniería Metalúrgica II, Análisis

Matemático II, Química Inorgánica y Orgánica, Técnicas de Análisis;

Correlativas para rendir: Aprobadas: Termodinámica Química, Metalurgia Física I, Ingeniería

Metalúrgica III;

Regular: Metalurgia Física II;

OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

Transferir conocimientos y experiencias para la formación del ingeniero metalúrgico con un alto compromiso social y máximo sentido de ética.

Interpretar y aplicar los conceptos de la física del metal en los diferentes procesos metalúrgicos. Comprender los conceptos relacionados con la energía del trabajo en frío y su eliminación espontánea. Adquirir y aplicar los conocimientos sobre soluciones sólidas y difusión. Incorporar conceptos relacionados con la cinética de nucleación y crecimiento. Interpretar y aplicar los conocimientos sobre la solidificación de metales.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGIcA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL cORDOBA

• Conocer los diferentes mecanismos de endurecimiento de los metales. Desarrollar los principios de la fractura en los materiales metálicos y las técnicas de estudio. Asistir a los grupos de investigación del Dpto. Metalurgia. Utilización de herramientas didácticas de actualidad. Comprensión y aplicación de los conceptos en términos de competencia en: Formación lógica — deductiva Formación experimental de laboratorio Resolución de problemas Capacidad para la toma de decisión

CONTENIDOS:

Unidad Temática 1: Recocido Energía almacenada del trabajo en frío. Relación de la carga de energía libre a la Energía de Deformación. Revelación de la energía almacenada. Recuperación. Recuperación en cristales simples. Poligonización. Movimiento de dislocación en la poligonización. Procesos de Recuperación a temperaturas elevadas y bajas. Recuperación dinámica. Recristalización. Efecto del tiempo y la temperatura sobre la recristalización. Temperatura de recristalización. El efecto de la deformación sobre la recristalización. Velocidad de nucleación y crecimiento. Formación de núcleos. Fuerza impulsora para la recristalización. El tamaño de grano recristalizado. Otras variables en la recristalización. Pureza del metal. Tamaño inicial de grano. Crecimiento de grano. Coalescencia geométrica. Los tres cambios tridimensionales en la geometría de grano. La ley del crecimiento de grano. Átomos de impureza en solución sólida. Impurezas como inclusiones. Los efectos de superficie libre. El tamaño de grano limitador. Orientación preferente. Recristralización secundaria. Migración de límites por esfuerzos de deformación inducida.

Unidad Temática 2: Soluciones Sólidas Fases intermedias. Soluciones sólidas intersticiales. Solubilidad del C en el hierro cúbico centrado en el cuerpo. Soluciones sólidas Soluciones sólidas sustitucionales y las reglas de Hume-Rothery. Interacción de dislocaciones y átomos de soluto. El campo de esfuerzos de una dislocación helicoidal. El campo de esfuerzos de la dislocación de borde. Atmósfera de dislocación. La ecuación de Orowan. Arrastre de atmósferas sobre dislocaciones en movimiento. Límite elástico agudo y bandas de Lüders. Teoria de Cottrell sobre el límite elástico agudo. Envejecimiento por deformación. Envejecimiento por deformación dinámica. El papel de la tensión de arrastre en el envejecimiento por deformación dinámica.

Unidad Temática 3: Endurecimiento por precipitación Irá importancia de la curva de solubilidad o de "Solvus". Tratamiento de disolución. El tratamiento de envejecimiento. Nucleación de precipitados. Nucleación

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heterogénea contra homogénea. Teorías sobre el endurecimiento. Factores adicionales en el endurecimiento por precipitación.

Unidad Temática 4: Difusión en Soluciones Sólidas Sustitucionales Soluciones perfectas. Soluciones imperfectas. Difusión en una solución perfecta. El efecto Kirkendall. Porosidad. Ecuaciones de Darken. Segunda ley de Fick. El método Matano. Determinación de la difusibilidad intrínseca. Autodifusión en metales puros. Dependencia de la temperatura del coeficiente de difusión. Difusión química a baja concentración de soluto. Estudio de la difusión química usando indicadores radiactivos. Difusión a lo largo de los límites de grano y de las superficies libres. Primera ley de Fick en términos de una movilidad y una fuerza efectiva. Electro transporte y termomigración.

Unidad Temática 5: Difusión en Soluciones Sólidas Intersticiales Medición de difusibilidades intersticiales. El efecto Snoek. Determinación experimental del tiempo de relajamiento. Mediciones anelásticas a deformación constante.

Unidad Temática 6: Fases Definiciones básicas. La naturaleza física de las mezclas de fases. Termodinámica de las soluciones. Equilibrio entre dos fases. El número de fases en un sistema de aleación. Sistema de dos componentes conteniendo dos fases. Determinaciones gráficas de las energías libres molares parciales. Sistemas de dos componentes con tres fases en equilibrio. La regla de fase.

Unidad Temática 7: Nucleación y Cinética de Crecimiento Nucleación de un líquido desde el vapor. La teoría Becker-Dóring. Solidificación. Reacciones de estado sólido. Nucleación heterogenea. Cinética del crecimiento. Crecimiento de difusión controlada. Interferencia de crecimiento de las partículas de precipitado. Crecimiento controlado de la intercara. Transformaciones que ocurren en el calentamiento. Disolución de un precipitado.

Unidad Temática 8: Diagramas de Equilibrio Binarios Ejemplos de aplicación de diagramas de equilibrio a sistemas metalúrgicos típicos. Sistemas de aleación isomorfos. Máxima y mínima. Superestructuras. Separación de la Miscibilidad. Sistemas eutécticos. Las microestructuras de equilibrio de los sistemas eutécticos. La transformación peritéctica. Monotécnicas. Otras reacciones de tres fases. Fases Intermedias. Diagrama de equilibrio cobre-zinc. Difusión en sistemas de aleación no isomorfos.

Unidad Temática 9: Solidificación de los Metales La fase líquida. Nucleación. Crecimiento de cristales desde la fase líquida. Solidificación estable de la intercara. Crecimiento dendritico. Solidificación dendritica en aleaciones. Solidificación de lingotes. El tamaño de grano de las pieps fundidas. Segregación. Homogeneización. Segregación inversa. Porosidad.

Unidad Temática 10: Maclaje de Deformación y Reacciones de la Martensita Maclaje de deformación. Teoría cristalográfica formal de maclaje. Identificación de las maclas de deformación. Nucleación de maclas. Límites de maclas. Crecimiento

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de maclas. Acomodación de corte de maclaje. Martensita. Distorsión de Bain. La transformación martensitica en una aleación de Indio-Talio. Reversibilidad de la transformación martensítica. Transformación atérmica. Teoría de Wechler, Lieberman y Read. Naturaleza irracional del plano habitual o dominante. Multiplicidad de planos habituales. La transformación martensítica del hierro-níquel. Formación isotérmica de la martensita. Estabilización. Nucleación de placas de martensita. Crecimiento de placas de martensita. El efecto del esfuerzo. El efecto de la deformación plástica.

Unidad Temática 11: Fractura Rotura por corrimiento fácil. Ruptura por Estricción (corrimiento múltiple). Efecto de maclaje. Clivaje. Fractura en el vidrio. La teoría de Griffith. Grietas de Griffith en vidrio. Velocidades de agrietamiento. La ecuación de Griffith. Nucleación de las grietas de clivaje. Nucleación de las grietas en el hierro. Nucleación de las grietas en el zinc. Propagación de las grietas de clivaje. Efecto de los.limites de grano. El efecto del estado de esfuerzo. Ensayo de resistencia al choque. El significado del ensayo de resistencia al choque. Fracturas dúctiles. Fractura por fragilidad intercristalina. Fragilidad de revenido. Fragilidad azul. Mecánica de la fractura. Factor de la intensidad del esfuerzo. Mediciones de la tenacidad a la rotura. Fallas por fatiga. Crecimiento de las grietas por fatiga. El efecto de las inclusiones no metálicas. El efecto de la microestructura del acero sobre la fatiga. Fatiga de ciclo corto. Ciertos aspectos prácticos de la fatiga.

Unidad Temática 11: Termofluencia Endurecimiento por trabajo. Criterio de Considére. Relación entre la densidad de dislocación y el esfuerzo. Relación de Taylor. La naturaleza de los componentes del esfuerzo de fluencia. Funciones relativas de las componentes del esfuerzo de fluencia en los metales de red cúbica centrada en la cara y red cúbica centrada en el cuerpo. Superplasticidad. La naturaleza de la deformación dependiente del tiempo. Mecanismos de termofluencia. Termofluencia cuando interviene mas de un mecanismo. Cizallamiento de límite de grano. Fractura intercristalina. La curva de termofluencia. Aplicaciones prácticas de los datos de termofluencia. Aleaciones resistentes a la termofluencia. Sistemas de aleación.

METODOLOGA DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE Y SISTEMA DE EVALUACIÓN

Se centra en la participación activa de los alumnos ya sea en forma grupa] o individual, tanto durante las exposiciones teóricas como las actividades prácticas. El alumno desarrolla el aprendizaje del mismo modo con que va a resolver los problemas cuando sea profesional. El docente tendrá una actitud flexible para afrontar el cambio constante, para el intercambio de ideas con sus pares y los alumnos y para transferir su experiencia profesional. Las clases expositivas introducirán los conceptos de cada unidad, alentando la ejecución de preguntas, discusiones, planteos de problemas prácticos y posibles soipólones unido a una permanente búsqueda bibliográfica. Se emplearán recursos didácticos tales como pizarrón y tiza, transparencias, proyección de computadoras /videos en la medida que estuvieren disponibles.

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Al final de cada clase se caracterizarán los conceptos principales y se efectuará una sinopsis de los mismos. Las actividades prácticas serán de tres modalidades: ejercitación aplicada, prácticas de laboratorio y visitas guiadas.

Las clases de ejercitación consistirán en el planteo y modelo de resolución de problemas "tipo" por parte del docente a cargo, y el posterior desarrollo de ejercicios relacionados de dificultad creciente, guiados y asistidos por el cuerpo docente. Se seleccionarán ejercicios reales o que supongan simulaciones de problemas reales, especialmente relacionados con las cátedras del área Tecnológicas Generales del plan curricular. Las experiencias prácticas serán seleccionadas de manera de aprovechar los medios que dispone el Dpto. Metalurgia, la Facultad y laboratorios externos. Las mismas serán elegidas priorizando su aplicación directa en las cátedras relacionadas, en los planes de investigación que lleva el Departamento Metalurgia y en la tecnología de aplicación.

Las visitas a plantas industriales se efectuarán cuando su tecnología signifique un aporte de avanzada al futuro Ingeniero Metalúrgico. Algunas opciones serán : Lockeed Martini CNEA, VWCentro Ind. Cba., CIMM; UNC; etc.

Evaluación del proceso: Se desarrolla de manera continua y en forma paralela al proceso de enseñanza-aprendizaje. Esta modalidad permite obtener información valiosa tanto para el aprendizaje de los alumnos como para reorientar el trabajo docente y optimizar la práctica pedagógica.

Evaluación de producto. Complementa a la anterior y consta de exámenes parciales teóricos, evaluación de desempeño en las actividades prácticas y examen final. El alumno tiene acceso a la metodología para la regularización y la aprobación de la materia desde el inicio del curso. El que fallara o no aprobare el parcial deberá recuperar el mismo, en los días y horarios planificados para tal fin. Los resultados de los parciales son analizados con los alumnos a fin de aclarar los conceptos que estuvieran incorrectos. Las exigencias requeridas para regularizar son las siguientes:

Asistencia mínima 80 % de las clases teóricas. Asistencia mínima de las clases prácticas: 80 %. Tener aprobado todos los parciales que se tomaron. Tener la carpeta completa con los informes de los trabajos prácticos realizados y la resolución de los problemas planteados. Esta carpeta debe ser revisada y aprobada por el J.T.P.

En el examen final de la materia se exige el desarrollo de temas teóricos y ejemplos prácticos para la aplicación de los mismos.

PLANEAMIENTO DEL DICTADO CLASES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS

011se Tema 1 Efecto del trabajado en frío.

/ 2 Recocido — Etapas


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3 Soluciones sólidas sustitucionales

4 Soluciones sólidas intersticiales

5 Ejercitación práctica 6 Laboratorio: recocido de aleación de Al- 7 Precipitación en soluciones sólidas 8 Endurecimiento por precipitación 9 Laboratorio: solubilización y precipitación. 10 Difusión sustitucional 11 Difusión intersticial 12 Ejercitación práctica 13 1er. Examen Parcial 14 Fases y sistemas binarios 15 Laboratorio: identificación de fases 16 Teorías de la nucleación 17 Cinética de crecimiento- Crecimiento dandi:Rico 18 Solidificación en lingotes- Segregación 19 Ejercitación práctica 20 Laboratorio: Práctica de solidificación 21 Maclaje de deformación 22 Naturaleza de la transformación martensitica 23 Reacciones de la martensita 24 Mecanismos de fractura dúctil y frágil 25 Rotura por fatiga 26 Mecánica de la fractura 27 Laboratorio: Identificación de fracturas 28 Laboratorio: Práctica de MEB 29 Termofluencia, mecanismos 30 Ensayo de creep, aleaciones resistentes 31 Visita a Planta de Tratamientos térmicos 32 2do. Examen Parcial

• 11 BIBLIOGRAFÍA

"Principios de Metalurgia Física" — Reed Hill — 2da. Edición — Ed. CECSA — 1979 "Metalurgia General" — Benard- Michael- Philibert- Talbot — Ed. Hispano Europea— 1980 "Fundamentos de Metalurgia Física"- Verhoeven — Ed. Limusa - 1987 "Metalurgia Física para Ingenieros" — Albert Guy — Ed. Fondo Educativo Interamericano —1970 "Difusión en Metales"- B.S. Bokshtein — Ed. MIS — 1980 Dieter, "Metalurgia Mecánica" Flinn/Trojan. "Materiales de Ingeniería y sus Aplicaciones"- 3ra. Ed. —1992

8/ c- S haffer; Saxena; Antolovich; Sanders; Warner. "The Science and Design of -

/ Engineering Materials"Ed. Mc. Graw-Hill — 1999 / 9- ASM International. — "ASM Handbook"— 1998

10- Mackowiak, J. "Físicoquimica para metalúrgicos" Editorial Tecnos S.A.

(1972)

SECA

. MACAO ACADÉMICO




Gaskell, D. R. "Introducction to Metallurgical Thermodynamics", Mc. Graw-

Hill (1973) Cursos de postgrado dictados por la CNEA: Cristalografia, Difracción de

rayos X, Proyección Estereográfica, Texturas de deformación, Propiedades Mecánicas, Imperfecciones en los Cristales, Solidificación de estructuras fundidas, Metalurgia de la soldadura, Mecánica de fractura, Tratamientos Térmicos, Trabajado Mecánico, Aceros, Corrosión Metálica

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