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Materiales Metálicos
- Mineralurgia y Metalurgia
Esta asignatura figura como optativa de tercer curso en el módulo de la Mención en Materiales en la Memoria de verificación del Grado Ingeniería de los Recursos Mineros y Energéticos de la Escuela Politécnica de Mieres (Universidad de Oviedo). La asignatura de Materiales Metálicos pertenece al grupo de asignaturas encuadradas como MATERIALES, y se apoya directamente en contenidos de Mecánica y Termodinámica, Química y Cálculo, relacionados con asignaturas que se imparten en el primer curso de la titulación. A su vez, sirve de complemento y base a otras asignaturas (Ciencia de Materiales, Resistencia de Materiales y Teoría de Estructuras, Proyectos y Fundamentos de Máquinas y Construcción.). El objetivo principal de esta asignatura es dar a conocer al alumno la gran variedad de materiales y aleaciones metálicas y sus correlaciones entre estructura, propiedades, procesado y aplicaciones.
Los contenidos de la asignatura tienen además una componente de aplicación práctica muy importante, ya que a través de la exposición y el estudio paulatinamente se van encontrando y planteando preguntas y respuestas a la diferente problemática involucrada en la utilización y comportamiento de los materiales metálicos. Es objetivo de esta asignatura que el alumno pueda correlacionar la micro-estructura de las diferentes aleaciones metálicas con las propiedades en servicio de dichas aleaciones, y con ello establecer criterios lógicos entre la Estructura, las Propiedades, y las Aplicaciones de esos materiales. Establecida esa correspondencia fundamental, estamos en la mejor disposición para que modificando la estructura consigamos nuevas propiedades que amplíen el abanico de aplicaciones. Es por ello por lo que también se analizarán los procesos de conformado (moldeo, fusión, deformación, etc.) y su relación con la micro-estructura del material.
Son necesarios conocimientos previos de Matemáticas, Física y Química, así como los de la asignatura Ciencia de Materiales con la que está totalmente relacionada. Se recomienda haber aprobado dichas asignaturas antes de cursar Materiales Metálicos, así como tener conocimientos de inglés, con el fin de poder acceder a todas las fuentes bibliográficas, y conocimientos básicos de informática, con el fin de poder manejar adecuadamente las herramientas utilizadas en la asignatura.
Los objetivos de la asignatura “Materiales Metálicos” se concretan del modo que sigue:
- Conocimientos
- Conocer las propiedades y aplicaciones de los materiales metálicos.
- Conocer las principales aleaciones metálicas comerciales y su procesado.
- Conocer la influencia del procesado del material sobre su micro-estructura.
- Habilidades
- Capacidad para determinar las propiedades de los materiales metálicos a partir de los ensayos experimentales normalizados correspondientes.
- Capacidad para interpretar los diagramas binarios y las curvas de transformación de cara a modificar sus propiedades mediante la realización de tratamientos térmicos.
- Capacidad para interpretar las microestructuras de los materiales metálicos estudiados.
- Correlacionar la microestructura con las propiedades de las aleaciones metálicas.
- Escribir de manera resumida un trabajo científico-técnico.
- Actitudes
- Crear en el estudiante una inquietud en cuanto a la adquisición del conocimiento científico.
- Crear en el estudiante la inquietud de aplicar los conocimientos adquiridos en ingeniería.
- Formación de un espíritu abierto, crítico y emprendedor.
- Resultados del aprendizaje
- 4RA21: Comprender, analizar y valorar las propiedades y aplicaciones de los materiales Férreos
- 4RA22: Comprender, analizar y valorar las propiedades y aplicaciones de los materiales No-Férreos
- 4RA23: Comprender, analizar y aplicar los principales mecanismos de endurecimiento y tratamiento térmico.
- 4RA24: Comprender, elegir y seleccionar el material más adecuado para una aplicación concreta.
- 4RA25: Analizar, seleccionar, valorar y aplicar los procedimientos más importantes para asegurar y certificar la calidad de los materiales.
En esta asignatura se pretende que el alumno profundice en el conocimiento de las aleaciones metálicas, la clasificación de las diversas familias, sus propiedades y la mejora de las propiedades de los materiales mediante procesos de conformado y tratamientos térmicos. Los contenidos de la asignatura “Materiales Metálicos” se han organizado con arreglo a los siguientes bloques, que se desarrollarán en este mismo orden:
- Bloque 1: Solidificación
- Solidificación. Nucleación, Crecimiento, y Cinética de transformaciones de fase.
- Solidificación. Heterogeneidades físicas de la solidificación.
- Solidificación. Heterogeneidades químicas de la solidificación.
- Bloque 2: Imperfecciones cristalinas. Constitución y estructura
- Estructura cristalina de los materiales metálicos.
- Imperfecciones cristalinas.
- Estructura de las soluciones sólidas y compuestos. Fases.
- Fronteras de grano y de fases
- Transformaciones en el estado sólido
- Bloque 3: Deformación plástica de una aleación metálica.
- Factores que contribuyen al endurecimiento de una aleación
- Principales diferencias entre la deformación plástica en frío y en caliente.
- Recristalización.
- Bloque 4: Aceros
- Transformaciones de equilibrio e inequilibrio en el diagrama Fe-C.
- Curvas TTT e influencia de los elementos de aleación.
- Tratamientos térmicos de los aceros.
- Familias de aceros y sus propiedades.
- Tratamientos Termomecánicos
- Bloque 5. Fundiciones Férreas
- Fundiciones grises
- Fundiciones blancas
- Bloque 6: Aleaciones no férreas
- Aluminio y sus aleaciones.
- Cobre y sus aleaciones.
- Titanio y sus aleaciones.
- Niquel y las superaleaciones.
Las prácticas de laboratorio a desarrollar integrarán el análisis de las principales aleaciones comerciales, la preparación y observación de muestras metalográficas, junto a la interpretación microestructural y su correlación con las propiedades mecánicas esperadas.
Las prácticas de laboratorio están pensadas para la realización de estas en grupos de 2 alumnos.
Las prácticas concretas propuestas serían:
- Prácticas 1: Tratamientos Térmicos de los aceros de herramientas. Temple y Revenido. Preparación y observación de muestras metalográficas. Diferencias microestructurales y de Dureza.
- Práctica 2: Fundiciones blancas altamente aleadas en Cromo. Diferencias microestructurales y de Dureza en diferentes estados: As Cast, tras temple en aire, tras temple en aceite, y tras diferentes revenidos.
- Práctica 3: Tratamientos térmicos de disolución y envejecimiento sobre aleaciones Al-Cu-Mg y aleaciones Al-Mg-Si. Obtención de un perfil de durezas.
- Práctica 4: Tratamiento de recristalización, con diferentes grados de deformación previa y diferentes tiempos de permanencia a la temperatura de recristalización. Diferencias microestructurales y de Dureza
Las prácticas se ejecutarán por parejas. Supongamos una clase de 8 alumnos distribuida en 4 grupos de 2 alumnos (grupos A a D). Cada grupo realizaría 3 de las 4 prácticas, de acuerdo con la Tabla siguiente:
Práctica | Muestra | Práctica | Grupo |
1 | Acero de herramientas con 3%C, 8%Cr y 8%V | Recocido | A |
Temple en aceite (1100 ºC) y revenido a 500 ºC (4h) | |||
Temple en aceite (1100 ºC) y revenido a 600 ºC (4h) | |||
2 | Fundición Blanca Hipo 18%Cr y 2%Mo | As Cast | B |
Desestabilización 1000ºC + aire; Revenido 500 ºC | |||
2 | Fundición Blanca Hipo 18%Cr y 2%Mo | As Cast | C |
Desestabilización 1000ºC + aceite; Revenido 500 ºC | |||
2 | Fundición Blanca Hipo 27%Cr y 1%Mo | As Cast | D |
Desestabilización 1000ºC + aire; Revenido 500 ºC | |||
3 | Al-4%Cu-1%Mg | Disolución 490 ºC; 2h Envejecimiento 180 ºC (hasta 30 h) | A |
3 | Al-4%Cu-1%Mg | Disolución 490 ºC; 2h Envejecimiento 160 ºC (hasta 30 h) | B |
3 | Al-0.5%Si-0.5%Mg | Disolución 560 ºC; 2h Envejecimiento 180 ºC (hasta 30 h) | C |
3 | Al-0.5%Si-0.5%Mg | Disolución 560 ºC; 2h Envejecimiento 160 ºC (hasta 30 h) | D |
4 | Acero ferrítico con reducción de espesor 50% | Recristalización a 600 ºC; 0.5 h | A |
Recristalización a 600 ºC; 1 h | |||
Recristalización a 600 ºC; 2 h | |||
4 | Acero ferrítico con reducción de espesor 75% | Recristalización a 600 ºC; 0.5 h | B |
Recristalización a 600 ºC; 1 h | |||
Recristalización a 600 ºC; 2 h | |||
4 | Latón 20%Zn con reducción de espesor 40% | Recristalización a 400 ºC; 0.5 h | C |
Recristalización a 400 ºC; 1 h | |||
Recristalización a 400 ºC; 2 h | |||
4 | Latón 20%Zn con reducción de espesor 60% | Recristalización a 600 ºC; 0.5 h | D |
Recristalización a 600 ºC; 1 h | |||
Recristalización a 600 ºC; 2 h |
Todas las prácticas se desarrollarán como respuesta a un problema planteado por el profesor y cuya resolución seguirá una metodología “dialéctica”. Un ejemplo podría ser, a partir de una determinada aleación Al-Cu-Mg, se defina el tratamiento térmico más apropiado para alcanzar una resistencia de 500 MPa.
Todas las prácticas tienen un guion y un cuestionario independiente que obliga al alumno a consultar la bibliografía y a interaccionar con el profesor por medio de herramientas telemáticas, como Microsoft teams o presencialmente en los horarios de tutorías del profesor. A su vez, cada grupo de prácticas deberá entregar un informe de cada práctica para que sea evaluado y deberá presentar los resultados de sus prácticas en clase para que sean debatidos y comparados con el resto de los grupos.
En el caso de la existencia de circunstancias que impidan el desarrollo de las prácticas de manera presencial, éstas se realizarían de manera telemática síncrona. Para ello se realizarían explicaciones empleando detalladas, por parte del profesor, empleando la herramienta Teams de Microsoft, junto con vídeos explicativos que sirvan de apoyo a estas explicaciones.
Con objeto de facilitar y racionalizar la organización docente de la asignatura, se propone la siguiente tipología de modalidades docentes:
- Presenciales
- Clases expositivas
- Prácticas de aula/Seminarios
- Prácticas de laboratorio/aula de informática.
- Tutorías grupales
- Sesiones de evaluación
- No presenciales, se incluye aquí la carga de trabajo que el alumno debe de dedicar fuera del aula incluyendo tanto actividades en el Campus Virtual como trabajo autónomo del alumno (resolución y entrega de problemas y trabajos). También se incluye en este apartado el desarrollo de tutorías, mediante el empleo del correo electrónico, el Campus Virtual y la herramienta Teams de Microsoft. En el supuesto de posibles emergencias sanitarias u otras circunstancias que impidan la docencia presencial, ésta sería también no presencial. En este caso, la docencia online se desarrollaría a través de la herramienta TEAMS de Microsoft, con el apoyo de otras herramientas como:
- El empleo de Power Point
- La utilización de la pizarra digital Whiteboard de Microsoft.
- El manejo de artículos y documentación técnica de apoyo
- y Vídeos explicativos
Las clases expositivas, en las que el docente desarrolla brevemente los contenidos teóricos de la asignatura danto una visión general del mismo, se complementan con el análisis de ejercicios prácticos resueltos que serán colocados por el profesor en el Campus Virtual, con objeto de que, una vez analizados y estudiados, los alumnos sean capaces de abordar cualquiera de los ejercicios complementarios y completen un conocimiento adecuado de las materias expuestas.
En el caso de la existencia de circunstancias que impidan el desarrollo de las prácticas de manera presencial, éstas se realizarían de manera telemática síncrona. Para ello se realizarían explicaciones empleando detalladas, por parte del profesor, empleando la herramienta Teams de Microsoft, junto con vídeos explicativos que sirvan de apoyo a estas explicaciones.
La Tabla 1 muestra los temas en los que se ha dividido la asignatura “Materiales Metálicos”, y la distribución horaria necesaria de acuerdo a las modalidades docentes empleadas. Esta organización docente recoge también el orden de impartición de los diferentes temas que componen la asignatura. También se indica la planificación horaria de actividades presenciales y no presenciales con una estimación horaria para preparar los diferentes contenidos de la asignatura que permitiría planificar mejor el esfuerzo del alumno.
TRABAJO PRESENCIAL | TRABAJO NO PRESENCIAL | |||||||||||
Temas | Horas totales | Clase Expositiva | Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres | Prácticas de laboratorio /campo /aula de informática/ aula de idiomas | Prácticas clínicas hospitalarias | Tutorías grupales | Prácticas Externas | Sesiones de Evaluación | Total | Trabajo grupo | Trabajo autónomo | Total |
Bloque 1 | 19 | 6 | 1 | 7 | 12 | 12 | ||||||
Bloque 2 | 19 | 6 | 1 | 7 | 12 | 12 | ||||||
Bloque 3 | 22 | 6 | 1 | 1 | 8 | 4 | 10 | 14 | ||||
Bloque 4 | 17 | 4 | 1 | 4 | 9 | 8 | 8 | |||||
Bloque 5 | 33 | 9 | 2 | 2 | 13 | 4 | 16 | 20 | ||||
Bloque 6 | 40 | 4 | 1 | 8 | 1 | 14 | 8 | 18 | 26 | |||
Total | 150 | 35 | 7 | 14 | 2 | 58 | 16 | 76 | 92 |
MODALIDADES | Horas | % | Totales | |
Presencial | Clases Expositivas | 35 | 23.3 | 58 |
Práctica de aula / Seminarios / Talleres | 7 | 4.7 | ||
Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas | 14 | 9.3 | ||
Prácticas clínicas hospitalarias | ||||
Tutorías grupales | 2 | 1.3 | ||
Prácticas Externas | ||||
Sesiones de evaluación | ||||
No presencial | Trabajo en Grupo | 16 | 10.7 | 92 |
Trabajo Individual | 76 | 50.7 | ||
Total | 150 |
Existirán dos sistemas de evaluación: Evaluación continua y evaluación no continua.
Para poder evaluarse mediante la evaluación continua será necesario:
- La asistencia a un mínimo del 80% de las clases expositivas y prácticas de aula.
- La asistencia a un mínimo de 6 prácticas de laboratorio
La evaluación continua únicamente será posible en la convocatoria ordinaria
Convocatoria ordinaria y evaluación continua
Este tipo de evaluación constará de las siguientes partes:
- Un cuestionario teórico-práctico correspondiente a las Prácticas de Laboratorio: Este cuestionario se desarrollará mediante sesión telemática asíncrona. Esta parte constará de 10 preguntas, con una puntuación de cada una de ellas de 0.2 puntos. Esta parte supondrá una nota máxima de 2 puntos. Esta prueba se realizará empleando la herramienta Teams de Microsoft.
- Dos cuestionarios teórico-prácticos correspondientes a las Clases expositivas y a las Prácticas de Aula: Estos cuestionarios se realizarán, a lo largo del curso, mediante sesión telemática síncrona. Cada uno de ellos constará de 10 preguntas con una puntuación de cada pregunta de 0.2 puntos. Esta parte supondrá una nota máxima de 4 puntos. Esta prueba se realizará empleando la herramienta Teams de Microsoft.
- Examen final, presencial o no presencial, sobre el contenido completo del curso. Esta parte representará el 40% de la nota final. En el caso de que este examen se desarrolle de manera no presencial, se realizaría de manera telemática síncrona, empleando la herramienta Teams de Microsoft. En ambos casos, este examen constaría de las siguientes partes:
- 2 ejercicios correspondientes a las clases expositivas y a las prácticas de aula. Cada ejercicio tendrá una puntuación máxima de 1 punto.
- 4 cuestiones teórico-prácticas correspondientes a las clases expositivas y a las prácticas de aula. Cada cuestión tendrá una puntuación máxima de 0.5 puntos.
Para el aprobado de la signatura se exigirá una nota mínima de 2 (sobre 4) en este examen final.
Convocatoria ordinaria con evaluación no continua, convocatoria extraordinaria, y evaluación diferenciada.
Esta evaluación consistirá en un examen final sobre el contenido completo del curso. Este examen se dividirá en dos partes:
- Una de las partes se corresponderá con un examen teórico-práctico sobre las prácticas de laboratorio. Esta parte representará el 20% de la nota final.
- Otra parte se corresponderá con el contenido completo del curso, excluidas las prácticas. Esta parte representará el 80% de la nota final. Para el aprobado de la signatura se exigirá una nota mínima de 4 (sobre 10) en esta parte.
En el caso de la existencia de circunstancias que impidan que este examen se desarrolle de manera presencial, se realizaría de manera telemática síncrona, empleando la herramienta Teams de Microsoft.
En ambos casos, este examen constaría de las siguientes partes:
- 4 ejercicios correspondientes a las clases expositivas y a las prácticas de aula. Cada ejercicio tendrá una puntuación máxima de 1 punto.
- 8 cuestiones teórico-prácticas correspondientes a las clases expositivas y a las prácticas de aula. Cada cuestión tendrá una puntuación máxima de 0.5 puntos.
- 4 cuestiones teórico-prácticas correspondientes a las clases expositivas y a las prácticas de aula. Cada cuestión tendrá una puntuación máxima de 0.5 puntos.
La nota mínima para poder superar la asignatura será 5 (sobre 10).
Es imprescindible acceder regularmente al Curso virtual de la asignatura, donde se colgarán puntualmente todas las novedades relacionadas con el Curso. Así mismo, el alumno podrá hacer todo tipo de consultas e intercambiar opiniones con sus compañeros en los foros pertinentes.
El temario correspondiente a los contenidos del curso se encontrará recogido en la siguiente bibliografía:
- Pero-Sanz J.A., Ciencia e ingeniería de materiales. Metalurgia física: estructura y propiedades. Edit. Dossat S.A., 5ª Edición. Madrid, 2006
- Pero-Sanz J.A., Aceros: Metalurgia Física, Selección y Diseño. Edit. Dossat S.A., 1ª Edición. Madrid, 2004
- Ashby M. F. and Jones R. H., Materiales para Ingeniería. Editorial Reverté, España, 2008. Tomos 1 y 2.
- Pero-Sanz J.A., Materiales para ingeniería: Fundiciones férreas. Edit. Dossat S.A., Madrid, 1994
- Sjolander, E.; Seifeddine, S. The heat treatment of Al-Si-Cu-Mg casting alloys. J. Mater. Process. Technol. 2010, 210, 1249–1259. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.03.020
Nota: A pesar de la existencia de varios conductos para el establecimiento de contacto con el profesorado, se recomienda canalizar toda consulta y petición de información a través de turorías telemáticas, empleando la herramienta Teams de Microsoft, o las herramientas de comunicación disponibles en el Campus Virtual de la asignatura. Para ello, siempre utilizando la cuenta de correo de alumno.