Aleaciones Metálicas y Materiales Compuestos (Curso 2024/2025)

Objetivos

    La asignatura tiene como misión principal formar al estudiante en el núcleo esencial de la Ciencia de los Materiales, poniendo especial énfasis en la interacción entre la composición, microestructura y propiedades inherentes de un material. Se abordarán conceptos fundamentales como las propiedades mecánicas de los sólidos, la modelización de su estructura, ya sea cristalina o amorfa, y cómo dicha estructura se ve influenciada por los distintos procesos aplicados al material, como la deformación o los tratamientos térmicos. A continuación, se describirán en detalle las principales categorías de materiales que tienen aplicaciones primordiales en la industria y la ingeniería: materiales metálicos, polímeros, cerámicos y materiales compuestos.
    
    Adicionalmente, la asignatura se adentrará en el estudio minucioso de los materiales de mayor prevalencia en la industria aeroespacial. Esto incluye los materiales ligeros, tales como aleaciones y materiales compuestos, que se emplean en áreas críticas como el fuselaje, alas y estabilizadores, así como aleaciones de alto rendimiento que son esenciales en componentes como turbinas y trenes de aterrizaje. Durante este estudio, se hará hincapié en las propiedades mecánicas y funcionales más cruciales.
    
    El propósito central de este curso es dotar al estudiante con una herramienta robusta que le permita no solo seleccionar los materiales adecuados para distintas aplicaciones sino también comprender a profundidad sus características intrínsecas, técnicas de aplicación y el recorrido que estos materiales realizan desde su manufactura hasta su implementación en la industria aeroespacial.
    
    Para complementar este aprendizaje teórico y práctico, los estudiantes cultivarán habilidades clave como:
    
    *Resolver situaciones y problemas complejos.
    *Identificar, comprender y diferenciar información esencial, capacitándolos para tomar decisiones informadas.
    *Aplicar un enfoque multidisciplinario en la resolución de problemas.
    *Colaborar eficientemente en equipos, distribuyendo responsabilidades y tareas de manera equitativa.
    
    Al culminar con éxito este curso, los estudiantes habrán desarrollado una capacidad colaborativa afinada, que les permitirá interactuar y adquirir información de distintas fuentes y personas, y contarán con las habilidades y conocimientos imprescindibles para la creación de componentes destinados a aplicaciones específicas.

Prerrequisitos

    No se han establecido requisitos previos.

Competencias

    Comprender las prestaciones tecnológicas, las técnicas de optimización de los materiales y la modificación de sus propiedades mediante tratamientos.
    
    Comprender los procesos de fabricación.
    
    Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de: Los fundamentos de la mecánica de fluidos; los principios básicos del control y la automatización del vuelo; las principales características y propiedades físicas y mecánicas de los materiales.
    
    Conocimiento aplicado de: la ciencia y tecnología de los materiales; mecánica y termodinámica; mecánica de fluidos; aerodinámica y mecánica del vuelo; sistemas de navegación y circulación aérea; tecnología aeroespacial; teoría de estructuras; transporte aéreo; economía y producción; proyectos; impacto ambiental.
    
    Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en su área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
    
    Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
    
    Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
    
    Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
    
    Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
    

Resultados de aprendizaje

     Capacidad de aplicar los conocimientos en la resolución de problemas reales.
    
     Realización de trabajos de investigación sobre temas concretos.
    
     Realización de ensayos experimentales en laboratorios de materiales, termodinámica, elasticidad y resistencia de materiales y electrotecnia.
    
     Análisis, valoración e interpretación de los resultados obtenidos en los ensayos realizados en laboratorio mediante informes escritos.
    
     Comprensión del comportamiento del medio continuo y su respuesta ante diferentes solicitaciones.
    
     Conocimiento de la composición y principales características físico-químicas de los materiales, así como sus principales propiedades mecánicas.

Requisitos previos

    No se han establecido requisitos previos.

Descripción de los contenidos

    TEMA 1 - INTRODUCCIÓN GENERAL
    ******************************************************************
    TEMA 2 - ENLACE ATÓMICO
        Introducción
        Modelo atómico
    2.1 Modelo atómico de Bohr
    2.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria
    2.3 Números cuánticos
    2.4 Configuraciones electrónicas
        La tabla periódica
        Fuerzas y energías de enlace
        Enlaces interatómicos primarios
    5.1 Enlace iónico
    5.2 Enlace covalente
    5.3 Enlaces puros o parciales
    5.4 Enlace metálico
        Enlace secundario o enlace de van der Waals
    6.1 Enlace dipolo inducido fluctuante
    6.2 Enlace dipolo inducido-molécula polar
    6.3 Enlace con dipolos permanentes
        Moléculas
        Enlaces mixtos
        Propiedades derivadas de los enlaces
    9.1 Temperatura de fusión, Tm
    9.2 Coeficiente de expansión térmica
    ******************************************************************
    TEMA 3 - ESTRUCTURA CRISTALINA
        Introducción
        Materiales cristalinos y no cristalinos
        Celda unidad
        Estructura cristalinas de los metals
    4.1 Estructura cristalina cúbica simple
    4.2 Estructura cristalina cúbica centrada en las caras
    4.3 Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo
    4.4 Estructura cristalina hexagonal compacta
        Estructuras cristalinas de los cerámicos
    5.1 Tipo MX
    5.2 Tipo MX2
    5.3 Tipo M2X3
    5.4 Tipo M3X4
        Estructura cristalina de los polímeros
        Caracterización de estructuras cristalinas
    7.1 Cálculo de densidades
    7.2 Polimorfismo y alotropía
    7.3 Sistemas cristalinos
    7.4 Puntos de coordinación
    7.5 Direcciones cristalográficas
    7.6 Planos cristalográficos
    7.7 Anisotropía
    7.8 Materiales policristalinos
        Difracción de rayos x - determinación de estructuras cristalinas
    8.1 El fenómeno de difracción
    8.2 Difracción de rayos Xy ley de Bragg
    8.3 Difractómetro de rayos X
    ******************************************************************
    TEMA 4 - DEFECTOS
        Introducción
        Defectos de punto
    2.1 Vacantes y autointersticiales
    2.2 Disolución sólidas
        Cálculo de concentraciones
        Defectos de línea
    4.1 Dislocación de cuña
    4.2. Dislocación helicoidal
    4.3 Dislocaciones mixtas
    4.4 Vector de Burgers
    4.5 Movimiento de dislocaciones
        Defectos de superficie
    5.1 Superficies externas o superficies libres
    5.2 Límite (o borde) de grano
    5.3 Límite (o borde) de macla
    5.4 Otros defectos de superficie
        Defectos volumétricos
        Movilidad atómica y difusión
    7.1 Mecanismos de movilidad
    7.2 Flujo difusivo
    7.3 Dependencias de la difusividad
        Importancia de los defectos
    8.1 Control deslizamiento de dislocaciones
    8.2 Endurecimiento por deformación
    8.4 Endurecimiento por tamaño de grano
    8.3 Endurecimiento por solución sólida
        Observación microscópica
    9.1 Microscopia óptica
    9.2 Microscopia electrónica
    ******************************************************************
    TEMA 5 . PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
        Introducción
        Propiedades generales
    2.1 Densidad
    2.2 Precio
    2.3 Propiedades ecológicas
    2.4 Propiedades de resistencia al medio
    2.5 Propiedades de resistencia al desgaste
    2.6 Propiedades de resistencia a la corrosión
        Propiedades Térmicas
    3.1 Dilatación térmica
    3.2 Esfuerzos térmicos
    3.3 Capacidad térmica
    3.4 Conducción térmica
        Propiedades eléctricas
    4.1 Corriente eléctrica
    4.2 Conductividad eléctrica
    4.3 Clasificación eléctrica de los materiales
    4.4 Contribuciones a la resistividad
        Propiedades mecánicas
    5.1 Tensión y deformación
    5.2 Deformación elástica
    5.3 Deformación plástica
    5.4 Resistencia mecánica
    5.5 Ductilidad
    5.6 Resiliencia
    5.7 Tenacidad
        5.8 Tensión-deformación ingenieril vs real
        5.9 Recuperación elástica
    5.10 Dureza
    5.11 Efecto de la microestructura
        Diseño
    6.1 Factores de seguridad
    ******************************************************************
    TEMA 6 - FALLO MECÁNICO
        Fatiga
    1.1 Introducción
    1.2 Fundamentos de fractura
    1.3 Fractura dúctil
    1.4 Fractura frágil
    1.5 Tipos de avances de grieta
    1.6 Observación de superficies de fractura
        Mecánica de la fractura
    2.1 Introducción
    2.2 Concentración de tensiones
    2.3 Tenacidad de fractura
    2.4 El diseño basado en la mecánica de la fractura
        Ensayos de fractura por impacto
    3.1. Técnicas de ensayo por impacto
    3.2. Ensayo por impacto vs. Ensayo de tenacidad de la fractura
    3.3. Temperatura de transición dúctil-frágil
    ******************************************************************
    TEMA 7 - ALEACIONES Fe-C
    Primera parte: Diagramas de fase
        Definiciones generales
        Diagramas de equilibrio
    2.1 Equilibrio de fases: Principios termodinámicos
    2.2 Punto eutéctico.
    2.3 Punto peritéctico y eutectoide.
        Diagrama Fe-C
    3.1 Ferrita - Fe (α)
    3.2 Austenita - Fe(γ)
    3.3 Cementita- Fe_3 C
    3.4 Desarrollo de microestructuras en aleaciones Fe-C.
    3.4.1 Transformación con la composición eutectoide: Perlita.
    3.4.2 Transformación hipoeutectoide.
    3.4.3 Transformación hipereutectoide.
    3.5 Clasificación según el contenido en carbono.
    3.6 Efecto del C sobre las propiedades mecánicas
    3.7 Influencia de otros elementos de aleación.
        Diagrama de fase ternario
        Ejemplos fuera de equilibrio
    Segunda parte: Transformaciones de fase
        Conceptos fundamentales
        Cambios microestructurales y de propiedades en aleaciones Fe-C
        2.1 Diagramas TTT (tiempo - transformación -temperatura)
    2.1.1 Perlita
    2.1.2 Bainita
    2.1.3 Esferoidita
    2.1.4 Martenista
    2.1.5 Efecto de los elementos de aleación
    2.1.6 Resumen de las TTT según contenido en %C
        2.2 Diagramas TEC (tiempo - enfriamiento continuo)
    2.2.1 Velocidad crítica - Templabilidad
    2.2.2 Efecto de los elementos de aleación
    2.2.3 Obtención experimental curvas
        2.3 Comportamiento mecánico de las aleaciones FeC
    2.3.1 Perlita
    2.3.2 Esferoidita
    2.3.3 Bainita
    2.3.4 Martenista
    Tercera parte: Tratamientos térmicos
        Introducción
        Tratamientos térmicos
    2.1 Recocido
    2.1.1 Aliviado de tensiones
    2.1.2 Recocido de aleaciones férreas
    2.1.3 Recocido total
    2.1.4 Esferoidización o globulízación
        2.2 Temple
    2.2.1 Efecto del tamaño de la muestra
    2.2.2 Evolución de la microestructura
    2.2.3 Revenido
    2.2.4 Templabilidad
    2.2.5 Ensayo Jominy
    2.2.6 Curvas de templabilidad
    2.2.7 Diámetro crítico
        Tratamientos termomecánicos
        Tratamientos termoquímicos
        Tratamientos superficiales
    ******************************************************************
    TEMA 8: ALEACIONES NO FÉRREAS
    Primera parte: Aleaciones densas
        Introducción
        Cobre y sus aleaciones
    2.1 Latón
    2.2 Bronce
    2.3 Aplicaciones comunes de latón y bronce.
    2.4 Cuproaluminios
    2.5 Cuproberilios
        Níquel y aleaciones base níquel
        Superaleaciones
    4.1 Introducción
    4.2 Superaleaciones base níquel
    4.3 Superaleaciones base Co y Fe 4.4 Aplicaciones
        Aleaciones Cinc, Plomo y Estaños
        Metales refractarios
        Otros materiales
    7.1 Uranio
    7.2 Metales preciosos
    7.3 Metales amorfos
    Segunda parte: Aleaciones ligeras
        Aleaciones ligeras
        Aluminio y sus aleaciones.
    2.1 Introducción.
    2.2 Mejora de propiedades
    2.2.1 Endurecimiento por deformación.
    2.2.2 Endurecimiento por precipitación
    2.3 Designaciones
    2.4 Clasificación
    2.5 Protección de aluminio
        Magnesio y sus aleaciones
    3.1 Introducción
    3.2 Corrosión
    3.3 Tratamientos térmicos
        Titanio y sus aleaciones
    4.1 Introducción
    4.2 Aleaciones de titanio
        Berilio y sus aleaciones
    5.1 Berilio
    5.2 Aplicación para fusión
    ******************************************************************
    TEMA 9: CORROSIÓN
    Primera parte: Corrosión electroquímica
        Clasificación y tipos de corrosión
    1.1 Corrosión uniforme
    1.2 Corrosión no uniforme
        Corrosión electroquímica
    2.1 Fundamentos de pila galvánica
    2.2. Corrosión galvánica
    2.3 Termodinámica de la corrosión electroquímica
    2.4 Electrodos de referencia
        Medidas de potenciales electroquímicos
        Diagramas de Pourbaix
    Segunda parte: Pilas de corrosión
        Introducción.
        Heterogeneidades.
    2.1 En el metal.
    2.2 En el medio.
    2.3 En condiciones físicas.
    Tercera parte: Cinética de corrosión
        Introducción
        Teoría del potencial mixto
        Medidas de la velocidad de corrosión
    3.1 Método potenciostático
    3.2 Método de la resistencia de la polarización
    3.3 Ejemplo (diagrama de Pourbaix + Cinética)
        Polarización
    Cuarta parte: Corrosión a alta temperatura
        Introducción a la corrosión a alta temperatura
        Aspectos termodinámicos
        Mecanismos básicos de formación de óxidos
        Cinética de la corrosión a alta temperatura
        Factores que influyen en las leyes cinéticas
        Protección de la corrosión a alta temperatura
    ******************************************************************
    TEMA 10: MATERIALES COMPUESTOS
        Introducción
        Materiales compuestos reforzados con partículas
    10.1 Reforzados por partículas grandes
    10.2 Reforzados por dispersión
        Materiales compuestos reforzados con fibras
    10.3 Influencia de la longitud de la fibra
    10.4 Influencia de la orientación y concentración de la fibra
    10.5 Fase fibrosa
    10.6 Fase matriz
    10.7 Materiales compuestos de matriz polimérica
    10.7.1 PMC con fibra de vidrio
    10.7.2 Otros PMC reforzados con fibra
    10.8 Materiales compuestos de matriz metálica reforzados con fibra
    10.9 Materiales compuestos híbridos
    10.10 Conformación de materiales compuestos reforzados con fibras
    10.10.1 Pultrusión
    10.10.2 Preimpregnado
    10.10.3 Bobinado de filamentos
        Materiales compuestos estructurales
    10.11 Materiales compuestos laminares
    10.12 Materiales compuestos auto-reparables

Actividades formativas

     Presentación en el aula de los conceptos relacionados con las asignaturas que componen cada materia y la resolución de problemas que permitan al estudiante conocer cómo abordarlos, así como otras sesiones de tipo presencial en grupo como clases de discusión, puesta en común, etc..
    
     Actividades de laboratorio de dificultad creciente que permitan al estudiante ir adquiriendo la capacidad de alcanzar autonomía en la resolución de problemas.
    
     Realización de trabajos en pequeños grupos fuera del aula.
    
     Estudio personal, elaboración de informes, realización de prácticas, etc. como trabajo independiente del estudiante o grupo de estudiantes.
    
     Realización de exámenes y pruebas de evaluación.

Sistema y criterios de evaluación

    Sin perjuicio de que se pueda definir otra exigencia en el correspondiente programa de asignatura, con carácter general, la falta de asistencia a más del 60% de las actividades formativas de la asignatura, que requieran la presencia física o virtual del estudiante, tendrá como consecuencia la pérdida del derecho a la evaluación continua en la convocatoria ordinaria. En este caso, el examen a celebrar en el período oficial establecido por la Universidad será el único criterio de evaluación con el porcentaje que le corresponda según el programa de la asignatura.
    ----
    
    Los sistemas de evaluación empleados para verificar y valorar la adquisición de las competencias por el alumno pueden concretarse en tres tipos:
    - E1: Pruebas escritas a lo largo del semestre, para evaluar las competencias técnicas asociadas a la asignatura adquiridas a través del estudio individual del estudiante.
    - E2: Informes de desarrollo de las prácticas de laboratorio para comprobar la adquisición de competencias desarrolladas.
    - E3: Resolución de problemas, realización de trabajos, elaboración de informes, presentación y defensa de casos prácticos o proyectos (de forma individual o en pequeños grupos).
    
    EVALUACIÓN CONTINUA
    Los alumnos podrán aprobar por evaluación continua, para lo cual es obligatorio realizar las prácticas, puntuando en base a los siguientes criterios diferenciando entre parte teórica y parte experimental de desarrollo en el laboratorio.
    
    ******Parte teórica 85%******
    Que se divide en 4 parciales, cada uno tiene un valor de un 25 % del 85 % de la parte teórica.
    - Primer parcial 25 %
    - Segundo parcial 25 %
    - Tercer parcial 25 %
    -Cuarto parcial 25 %
    El cuarto parcial, dependiendo de la evolución de la asignatura podrá consistir en un examen teórico/práctico como los parciales 1, 2 y 3 o un trabajo de investigación en grupo con su correspondiente entrega de informe, así como presentación y defensa del trabajo (consistente en una sesión de preguntas). Ambos sistemas de evaluación ponderan de la misma manera un 25% del 85 % total.
    En el caso de que la nota de un parcial sea inferior a 3.5, se podrá eliminar materia de los otros parciales si la nota es superior o igual a 5.
    
    ******Laboratorios 15%******
    Son de asistencia obligatorias. No presentarse implica la renuncia a la evaluación continua.
    El guion de las prácticas será distribuido por el portal de la asignatura (campus virtual) con suficiente antelación y deberá ser estudiado previamente a la realización de la práctica. La evaluación de las prácticas exige su realización y la superación de un examen
    La nota mínima de laboratorio para poder ser evaluado mediante evaluación continua es de 4/10 puntos, aunque se recuerda la obligatoriedad, para poder aprobar la asignatura, de asistir y realizar todas las sesiones de prácticas.
    Observación: Para la realización de las prácticas es necesario traer bata de laboratorio, gafas de protección y libreta de laboratorio sin espiral.
    
    La nota final del alumno será la media ponderada de la evaluación continua y la nota del curso práctico de laboratorio.
    Se aprobará la asignatura por evaluación continua si la media ponderada es superior a 5, siempre y cuando se cumpla que la nota de cada parcial teórico sea mayor que 3.5, haya asistido a las sesiones prácticas y haya obtenido una calificación mayor de 4/10 en el examen de laboratorio.
    
    EXAMEN CONVOCATORIA ORDINARIA (100%)
    En el examen final de la convocatoria ordinaria el alumno se evalúa del total de la asignatura (cuestiones y ejercicios del temario teórico, trabajos de los seminarios y prácticas de laboratorio); únicamente si están las prácticas aprobadas, se guarda la nota de prácticas y no es necesario examinarse de esta parte en la convocatoria ordinaria.
    
    EXAMEN CONVOCATORIA EXTRAORDINARIA (100%)
    En la convocatoria extraordinaria se realizará un examen sobre los contenidos de toda la asignatura: clases magistrales, seminarios y prácticas.
    ***En esta convocatoria no se guarda ninguna parte de la asignatura***

Bibliografía

    Básica:
    1.- Ashby, Michael F.
             Materials selection in mechanical design: Amsterdam [etc.] : Elsevier Butterworth heinemann,
            ISBN: 0750661682
    2.- Ashby, Michael F.
            Materiales para ingeniería: Barcelona : Reverté, 2008
            ISBN: 9788429172560
    3.- Callister Jr., William D.
            Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales: Barcelona : Reverté, 1995-2001
            ISBN: 8429172521
    4.- J.F.Shackelford
            Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros: Pearson
            ISBN: 9788483226599
    5.- Mouritz, Adrian P.
            Introduction to aerospace materials. /: Reston, USA ; Cambridge [etc.] : American Inst
            ISBN: 9781600869198