Asignatura: CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES Titulación: ING. TÉCNICO DE OBRAS PÚBLICAS – Hidrología

Código: 106111002 Tipo (T/Ob/Op): T Créditos (T+P): 3 + 3

Curso (Cuatrimestre): 1º (2º) Profesor(es) responsable(s): JOSÉ CONDE DEL TESO y DIEGO JOSÉ ALCARAZ LORENTE

e-mail: [email protected] y [email protected]

Ubicación despacho: 120 y 120A (2ª planta edif. EUIT Civil)

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Departamento: INGENIERÍA DE MATERIALES Y FABRICACIÓN

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Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios: Fundamentos de Ciencia y Tecnología de Materiales. Materiales de construcción.

Objetivos de la asignatura: -

-

Adquisición de conocimientos básicos sobre la estructura, propiedades, tratamientos y aplicaciones de los materiales de uso en ingeniería técnica de obras públicas. Iniciación en la utilización de distintos equipos para la caracterización de materiales. Conocimiento de ensayos y normas.

Requisitos previos recomendables: (materias que sean aconsejables para poder cursar adecuadamente la asignatura, tanto en cursos anteriores como en el mismo curso)

- Fundamentos de Física

- Fundamentos de Química

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA A) Programa de Teoría (completo):

Capítulo I:

FUNDAMENTOS.

Tema 1: Estructuras cristalina y amorfa. Imperfecciones cristalinas. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10.

Introducción. Sólidos cristalinos. Sólidos amorfos. Cristales iónicos, moleculares y atómicos. Redes cristalinas de los metales. Isomorfismo. Polimorfismo. Alotropía Imperfecciones cristalinas. Tipos. Vibraciones reticulares. Imperfecciones puntuales. Imperfecciones lineales. Clases y efectos de las dislocaciones. Defectos superficiales.

Tema 2: Aleaciones. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9.

Introducción. Condiciones que deben reunir los elementos de las aleaciones. Constituyentes de las aleaciones. Soluciones sólidas: Inserción y sustitución. Compuestos intermetálicos. Soluciones sólidas intermedias. Soluciones sólidas ordenadas. Superredes. Estructuras defectivas. Variación de las propiedades de los metales con las aleaciones.

Tema 3: Diagramas de equilibrio. 3.1. 3.2.

Introducción. Consideraciones termodinámicas sobre el equilibrio y factores que afectan a éste. 3.3. Consideraciones sobre la aplicación de la regla de las fases a los sistemas metálicos. 3.4. Diagramas binarios. Generalidades, formación e interpretación. 3.5. Diagrama de estado de aleaciones con insolubilidad total en estado líquido. 3.6. Metales parcialmente solubles en estado líquido. 3.7. Diagrama de estado de aleaciones con solubilidad total en estado sólido y líquido. 3.8. Diagrama de estado de aleaciones con solubilidad total en estado líquido e insolubilidad total en estado sólido. 3.9. Aleaciones con solubilidad parcial en estado sólido. 3.10. Aleaciones que forman compuestos intermetálicos. Aleaciones que forman fases intermedias.

3.11. Aleaciones que experimentan transformaciones polimorfas. 3.12. Diagramas ternarios. Principios y trazado. Distintos tipos de diagramas ternarios. Tema 4: Propiedades térmicas. Difusión. Solidificación. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8.

Introducción. Vibraciones de las partículas en las redes cristalinas. Energía térmica de los sólidos. Calores específicos. Dilatación térmica. Conductividad térmica. Difusividad térmica. Difusión. Mecanismos. Análisis matemático de la difusión. Coeficientes de difusión. Autodifusión. Difusión en aleaciones. Efecto Hartley-Kirkendall. Difusión sólidos no metálicos. 4.9. Cristalización. Factores que regulan el proceso. 4.10. Solidificación en molde. Proceso de solidificación de un lingote. 4.11. Contracción. Defectos que provoca. 4.12. Inclusiones. Heterogeneidades de tipo químico. Segregaciones. Gotas frías.

en

Tema 5: Procesos de deformación y rotura en sólidos. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5.

Introducción. Acción de una carga sobre un metal. Deformaciones elástica y plástica. Rotura. Deformación elástica de un monocristal. Deformación plástica de un monocristal. Teorías para explicar el mecanismo de la deformación cristalina. Teoría de las dislocaciones. 5.6. Fractura del monocristal. Mecanismo de las roturas frágiles y dúctiles. 5.7. Deformación de un agregado policristalino metálico. Alteraciones que produce. 5.8. Rotura de un agregado cristalino metálico. 5.9. Acción de un sistema de cargas sobre un metal. Influencia de la naturaleza de las cargas. 5.10. Influencia del tiempo y la temperatura en la deformación y rotura de los metales. 5.11. Deformación y rotura de las aleaciones.

Capítulo II: ENSAYOS. Tema 6: Microscopía y macroscopía. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9

Introducción. Microscopía. Operaciones previas a las observaciones microscópicas. El microscopio metalográfico. Otras técnicas microscópicas: Microscopios electrónico y de campo iónico. Determinación de estructuras y cambios estructurales originados por distintos tipos de tratamientos. Determinación del contenido en inclusiones de los aceros. Estudio de defectos. Determinación del tamaño de grano.

6.10 6.11

Otras aplicaciones de la microscopía. Macroscopía. Fases previas a la observación macroscópica. Técnicas macroscópicas.

Tema 7: Análisis térmico. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6.

Introducción. Equipos para análisis térmico. Métodos de análisis térmico. Fundamento y características. Determinación de los puntos críticos por utilización de curvas de enfriamiento o (calentamiento). Determinación de los puntos críticos por métodos dilatométricos: Dilatometría absoluta y diferencial. Otros métodos de análisis térmico (TG, ATD, DSC).

Tema 8: Ensayos mecánicos. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8.

Introducción. Ensayos de dureza. Ensayos de tracción. Ensayos de fluencia viscosa. Ensayos con esfuerzos axiles, cortantes y torsores. Ensayos con tensiones múltiples. Ensayos de fatiga. Ensayos tecnológicos.

Tema 9: Ensayos no destructivos. 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5.

Introducción Técnicas radiográficas convencionales. Estudio y detección de defectos por rayos X y rayos gamma Técnicas radiográficas especiales. Riesgos de la Radiología Industrial. Dosimetría. Protección y medidas de seguridad frente a las radiaciones ionizantes. 9.6. Naturaleza y propiedades de los ultrasonidos. Generadores y detectores de ultrasonidos. 9.7. Técnicas de ensayo con ultrasonidos. Aplicaciones de los ensayos con ultrasonidos. 9.8. Ensayos por métodos magnéticos. Ensayos magnetoacústicos. 9.9. Ensayos por métodos electromagnéticos. Corrientes inducidas. 9.10. Ensayos macroscópicos no destructivos. 9.11. Localización de grietas superficiales: Métodos de penetración por tensión superficial.

Capítulo III: TRATAMIENTOS. Tema 10: Tratamientos: Clasificación y tipos. 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7. 10.8. 10.9. 10.10.

Introducción Clasificación de los tratamientos. Tratamientos térmicos. Recocido. Temple. Temple martensítico. Temple de precipitación. Revenido. Maduración natural y artificial. Tratamientos termoquímicos. Tratamientos mecánicos. Tratamientos termomecánicos. Tratamientos superficiales.

Tema 11: Tratamientos de los aceros y fundiciones. 11.1. Introducción. 11.2. Hierro. Transformaciones alotrópicas. Puntos críticos. 11.3. Diagrama Hierro-Carbono. Transformaciones peritéctica, eutéctica y eutectoide. Estructuras de equilibrio de aceros y fundiciones. 11.4. Enfriamiento y solidificación de aceros. Enfriamiento y solidificación de fundiciones. 11.5. Teoría del tratamiento térmico de los aceros. Curvas TTT. Diagramas de enfriamiento continuo. 11.6. Temple. Factores que influyen el temple. Severidad de temple. Medios de enfriamiento. Defectos que se producen en el temple. 11.7. Templabilidad y capacidad de temple. Diámetro crítico y diámetro crítico ideal. 11.8. Medida de la templabilidad. Ensayo Jominy. Bandas de templabilidad. 11.9. Tratamientos de ablandamiento, revenido y recocido. 11.10. Tratamientos isotérmicos y especiales. 11.11. Tratamientos termoquímicos de aceros. 11.12. Temple superficial y tratamientos mecánicos de aceros. 11.13. Tratamientos de fundiciones. Tema 12: Tratamientos de las aleaciones no férreas. 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7

Introducción. Tratamientos de las aleaciones de cobre. Tratamientos de las aleaciones de níquel. Tratamientos de las aleaciones de aluminio. Tratamientos de las aleaciones de magnesio. Tratamientos de las aleaciones de titanio. Tratamientos de otras aleaciones de interés industrial.

Capítulo IV: MATERIALES ESTRUCTURALES Y DE CONSTRUCCIÓN. Tema 13: Aceros y fundiciones. 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 13.10 13.11

Introducción. Aceros al carbono. Aceros aleados. Clasificación de los aceros aleados Aceros de construcción. Aceros microaleados. Aceros inoxidables. Superaleaciones de base hierro. Aceros para herramientas. Clasificación de las fundiciones. Fundiciones blancas. Fundiciones grises. Fundiciones maleables. Fundiciones aleadas. Fundiciones resistentes a elevadas Fundiciones resistentes a la corrosión. Fundiciones dúctiles.

temperaturas.

Tema 14: Materiales metálicos no férreos. 14.1. Introducción. 14.2. El cobre y sus aleaciones. Latones. Bronces. Cuproaluminios. Cuproníqueles. Aleaciones de cobre endurecibles por precipitación. 14.3. El níquel y sus aleaciones. Aleaciones de níquel resistentes a la corrosión. Aleaciones de níquel resistentes a la fluencia. 14.4. El aluminio y sus aleaciones. Aleaciones de aluminio para forja. Aleaciones de aluminio para moldeo. 14.5. El magnesio y sus aleaciones. Aleaciones de magnesio para forja. Aleaciones de magnesio para moldeo. 14.6. El titanio y sus aleaciones. 14.7. Aleaciones de plomo, estaño y cinc. 14.8. Aleaciones antifricción. 14.9. Aleaciones refractarias. 14.10. Superaleaciones de base níquel y de base cobalto. Tema 15: Materiales poliméricos. 15.1. 15.2. 15.3. 15.4. 15.5. 15.6. 15.7. 15.8. 15.9. 15.10. 15.11.

Introducción. Sustancias macromoleculares. Polímeros naturales y sintéticos. Polímeros orgánicos. Estructura molecular y morfología. Fundamentos de la polimerización. Homopolímeros y copolímeros. Comportamiento reológico. Resistencia mecánica, rozamiento y desgaste. Propiedades eléctricas, ópticas y térmicas. Permeabilidad a gases y vapores. Estabilidad frente a los agentes atmosféricos. Resistencia a los disolventes y reactivos químicos. Polímeros inorgánicos. Siliconas. Termoplásticos de mayor uso. Resinas termoplásticas especiales. Cristales líquidos. Elastómeros de interés industrial. Resinas termoestables más utilizadas. Polímeros derivados de la celulosa. Pinturas, recubrimientos y adhesivos de naturaleza polimérica.

15.12. Generalidades sobre la fabricación de productos convencionales de transformación de polímeros.

plásticos.

Técnicas

Tema 16: Materiales cerámicos. 16.1. 16.2. 16.3. 16.4. 16.5. 16.6. 16.7. 16.8.

Introducción. Cerámicas cristalinas y vítreas. Características y propiedades de los materiales cerámicos cristalinos. Compuestos cerámicos. Yesos. Cales. Materiales cerámicos para refractarios. Cerámicas vítreas. Características y propiedades.

Tema 17: Materiales compuestos. 17.1. 17.2. 17.3. 17.4. 17.5. 17.6. 17.7. 17.8. 17.9. 17.10.

Introducción. Materiales reforzados. Reforzamiento por dispersión. Materiales híbridos con fibra reforzante: Características y cálculo. Fibras reforzantes: Metálicas, no metálicas y “whiskers”. Matrices: Poliméricas, metálicas y cerámicas. Materiales compuestos laminares. Cementos. Hormigones. Técnicas de fabricación de los materiales compuestos.

Tema 18: Corrosión. Degradación de materiales no metálicos. 18.1. 18.2. 18.3. 18.4. 18.5. 18.6. 18.7. 18.8. 18.9. 18.10. 18.11.

Introducción. Clasificación de los procesos de corrosión. Corrosión por oxidación. Aleaciones resistentes a la corrosión a alta temperatura. Corrosión electroquímica. Heterogeneidades electroquímicas. Termodinámica de la corrosión electroquímica. Cinética de la corrosión electroquímica. Fenómenos de polarización. Diagramas de Evans. Pasividad. Transpasividad. Formas de corrosión. Teoría de la protección contra la corrosión. Métodos de protección. Ensayos de corrosión. Degradación de polímeros. Deterioro de materiales cerámicos.

B) Programa de Prácticas (completo): (Indicar si la asistencia es obligatoria y si se conserva la nota de prácticas para futuras convocatorias)

Denominación de la práctica Duración

1. Microscopía. Macroscopía.

3 hrs

Tipo de práctica (Aula, laboratorio, informática) Laboratorio

2. Ensayos mecánicos

3 hrs

Laboratorio

3. Ensayos no destructivos

3 hrs

Laboratorio

4. Tratamientos térmicos

3 hrs

Laboratorio

•

Ubicación física (sede Dpto., aula informática...) Dpto. (sede edif. E.U. Ing. Téc. Civil) Dpto. (Sótano edif. Agrónomos) Dpto. (sede E.T.S. Ing. Industrial) Talleres del Dpto. en Campus Alfonso XIII

La asistencia a prácticas es obligatoria. Se conserva la nota de prácticas para posteriores convocatorias.

C) Bibliografía básica: • • • • • •

AVNER, S. H.: "Introducción a la metalurgia física". Ed. McGraw-Hill. CALLISTER, W.D. Jr.: "Introducción a la Ciencia e Ing. de los Materiales". Ed. Reverté. COCA, P. y J. ROSIQUE: "Ciencia de los Materiales". Ed. Pirámide. SHACKELFORD, J. F. Y A. GÜEMES: “Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros”. Ed. Prentice-Hall. SMITH, W. F.: "Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales". Ed. McGraw-Hill. VAN VLACK, L. H.: "Elements of Materiales Science and Engineering". Ed. Addison-Wesley.

D) Criterios de evaluación del alumno: • •

Se realizará un solo examen final que constará de dos partes: Teoría (seis preguntas con varios apartados) y Problemas (dos problemas). La parte teórica representará el 70 % de la nota global y los problemas el 30 % restante. Para aprobar la asignatura es imprescindible asistir a todas las sesiones de prácticas y elaborar un informe sobre las mismas.