Tecnologia de Materials

ENGINYERIA INDUSTRIAL
TECNOLOGIA DE
MATERIALS
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
1
Crèdits: 4,5 crèdits (2,5T + 0,5P +1,5 L )
Crèdits ECTS: 3,6
Tipus: Troncal
Coordinadora: M ª NÚRIA SALÁN BALLESTEROS ([email protected])
Altra Professorat: SILVIA ILLESCAS FERNANDEZ ([email protected])
ELISA RUPÉREZ DE GRACIA ([email protected])
KHALIL TAFZI ([email protected])
Departament: 702 - Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica
Presentació
Coneixements previs
Si bé no és estrictament necessari cap requisit previ, és important haver assolit els coneixements
corresponents a les assignatures de Fonaments de Ciència de Materials (25014), Elasticitat i
Resistència de Materials (25022) i Tecnologia de la Fabricació i Tecnologia de Màquines (25028).
Àmbits professionals
Aquesta assignatura es relaciona amb els àmbits dels materials: estructura, selecció, processos de
transformació i aplicació. Tanmateix, els continguts estan molt vinculats a l’àmbit del disseny de
components per a indústries d’automoció, aeroespacials, de construcció, d’electrònica, etc.
Relació amb altres assignatures
Aquesta assignatura està vinculada a les assignatures de primer cicle Fonaments de Ciència de
Materials (25014) i Elasticitat i Resistència de Materials (25022), així com a la de segon cicle
Tecnologia de la Fabricació i Tecnologia de Màquines (25028), que proporcionen a l’alumne els
coneixements bàsics per poder analitzar i integrar els conceptes propis de la tecnologia dels
materials. D’altra banda, els coneixements assolits en aquesta assignatura estan molt relacionats
amb l’assignatura de darrer any Ciències i Tecnologia del Medi Ambient (25039) i també es poden
aplicar al treball desenvolupat com a PFC de la titulació d’Enginyeria Industrial.
Objectius generals
Proporcionar a l’alumnat coneixements avançats sobre l’estructura, propietats i mètodes de
transformació dels principals materials d’aplicació industrial. Comprendre les prestacions
tecnològiques, les tècniques d’optimització dels diferents materials i els tractaments i processats
necessaris per modificar llurs propietats. Adoptar criteris adients de selecció dels materials i dels
mètodes de transformació que caldria considerar en funció de la seva aplicació futura. Conèixer
els principals mètodes d’assaig de materials i les tècniques més habituals d’inspecció i control, així
com els defectes més comuns que poden presentar els components elaborats i la seva influència
en les propietats finals o en la resposta en servei. Transmetre la importància del comportament i
del bon ús dels materials, ser capaç de reconèixer els seus problemes i fer-ne el tractament
adequat. Seleccionar els processos més eficients de transformació de materials, des del punt de
vista mediambiental.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
2
Temari
Mòdul 1: Metalls, aliatges metàl·lics i el seu conformat.
(11 hores)
Tema 1: Introducció a la Tecnologia dels Materials
- Notes històriques de la Tecnologia dels Materials.
- Classificació dels aliatges metàl·lics fèrrics i no fèrrics.
- Diagrama ferro-carboni (Fe-Fe3C) .
- Elements d’aliatge i la seva influència.
(2 hores)
Tema 2: Tractaments tèrmics dels materials
- Classificació general dels tractaments tèrmics.
- Tractaments tèrmics dels acers i dels ferros colats.
- Tractaments tèrmics dels aliatges no fèrrics.
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge.
(3 hores)
Tema 3: Tractament de superfícies
- Neteja de superfícies.
- Processos de recobriment.
- Tractaments superficials.
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge.
( 1 hora)
Tema 4: Conformat de metalls.
(5 hores)
- Fusió i emmotllament: Etapes del procés, solidificació de metalls i aliatges,
motlles permanents i no permanents.
- Conformat per deformació plàstica. Efecte de la temperatura, adequació dels
aliatges conformats per deformació plàstica.
- Pulvimetal·lúrgia: Obtenció i caracterització de pols metàl·liques, compactació i
sinterització, tècniques avançades en pulvimetal·lúrgia.
- Problemes més habituals en els processos de conformat de materials metàl·lics.
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge.
Mòdul 2: Materials ceràmics, vidres i el seu conformat
(4 hores)
Tema 5: Materials ceràmics
- Ceràmiques tradicionals
- Ceràmiques tecnològiques
- Processos de conformat. Tractaments tèrmics. Defectes
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
(2 hora)
Tema 6: Vidres
- Generalitats, matèries primeres i preparació de vidres.
- Processos de conformat. Tractaments tèrmics. Defectes
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
(2 hores)
Mòdul 3: Materials polímers i el seu conformat
Tema 7: Materials polímers
- Generalitats i classificació
- Polímers tècnics i d’altes prestacions
- Tractaments dels polímers
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
(5 hores)
(1 hora)
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
Tema 8: Processos de conformat de polímers
- Extrusió. La màquina. Paràmetres i variables
- Processos de transport, plastificació i barreja
- Processos relacionats amb l'extrusió
- Defectes
- Injecció: La màquina i el cicle d'injecció. Paràmetres i variables
- Motlles. Processos relacionats amb la injecció
- Defectes
- Altres processos de conformat de polímers
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
Mòdul 4: Materials compòsits (compostos) i el seu conformat
Tema 9: Materials compòsits i processos de conformat
- Característiques dels materials compòsits. Components
- Matrius, reforços i interfaç
- Materials compostos amb matriu metàl·lica, metall-metall i cermets
- Materials compostos amb matriu ceràmica
- Materials compostos amb matriu polimèrica
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
Mòdul 5: Comportament en servei
3
(4 hores)
(2 hores)
(2 hores)
(8 hores)
Tema 10: Tècniques d'unió
(1 hora)
- Soldadura de metalls. Característiques, aspectes metal·lúrgics i defectes
- Processos de soldadura de materials metàl·lics
- Tècniques d'unió de materials plàstics: unions soldades i d'interferència
- Unions adhesives
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
Tema 11: Fluència, fatiga i fractura
- Fluència dels materials metàl·lics, ceràmics i polímers
- Fatiga dels components en servei
- Caracterització mecànica i aspectes microestructurals
- Fractura. Fractografia
- Introducció a la mecànica de la fractura
(3 hores)
Tema 12: Corrosió i protecció
- Corrosió en metalls. Tipus de corrosió. Morfologia dels atacs i defectes
- Resistència química en polímers
- Tensofisuració. Corrosió-fatiga
- Degradació de materials ceràmics
- Consideracions mediambientals: residus i reciclatge
(2 hores)
Tema 13: Tribologia. Fricció i desgast
- Interacció de sòlids
- Efecte de la rugositat, pressió i temperatura
- Coeficient de fricció
- Desgast adhesiu, abrasiu, per fatiga i corrosió
- Prevenció del desgast
(1 hora)
Tema 14: Defectologia: Inspecció i assaigs
- Introducció a l'anàlisi de defectes
(1 hora)
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
-
4
Assaigs destructius i no destructius
Determinació de defectes superficial i anàlisi de defectes interns
Objectius específics dels mòduls

Mòdul 1: Metalls, aliatges metàl·lics i el seu conformat
En aquest mòdul s’estudien els aspectes bàsics de la transformació i conformat dels materials
metàl·lics, tot relacionant les estructures i propietats amb els mètodes de manufactura existents.
S’enumeren i es fa una descripció de les característiques bàsiques d’aquests aliatges i s’analitzen
les microestructures, arribant a deduir les propietats que se’n deriven. Tanmateix s'estudien els
principals defectes associats als processos de transformació i els mecanismes que els evitarien o
minimitzarien.

Objectius a assolir per l’alumnat
1) Assolir una terminologia correcta i un bon nivell de descripció dels aspectes relacionats
amb els materials d’aplicació industrial i els seus processos de transformació.
2) Reconèixer els diferents metalls i aliatges, així com les seves propietats i aplicacions dins
l’enginyeria
3) Entendre els diferents mètodes de transformació en funció de les propietats dels materials
4) Saber aplicar els mètodes de transformació més adients per a cada producte i material
5) Distingir els principals defectes associats als diferents processos de conformat
6) Distingir entre els diferents tipus de tractaments tèrmics, conèixer-los i ser capaç de
dissenyar-ne un per a un cas concret.
7) Reconèixer les microestructures que es generen en cada cas i les propietats que se’n
deriven d’aquestes

Mòdul 2: Materials ceràmics, vidres i el seu conformat
S’estudien els aspectes bàsics de la transformació i conformat dels materials ceràmics relacionant
les estructures i propietats dels mateixos amb els mètodes de manufactura existents. També
s’analitzen els nous desenvolupaments i les aplicacions de les ceràmiques tècniques i la seva
aplicació al món industrial.

Objectius a assolir per l’alumnat
1) Assolir una terminologia correcta i un bon nivell de descripció dels aspectes relacionats
amb els materials d’aplicació industrial i els seus processos de transformació.
2) Reconèixer les diferents famílies de materials ceràmics, així com les seves propietats i
aplicacions dins l’enginyeria
3) Avaluar i comparar les propietats dels materials per tal de poder fer una selecció adient
per a una determinada aplicació
4) Saber aplicar els mètodes de transformació més adients per a cada producte i material
5) Distingir els principals defectes associats als diferents processos de conformat

Mòdul 3: Materials polímers i el seu conformat
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
5
S’estudien els aspectes bàsics de la transformació i conformat dels materials polímers, tot
relacionant les estructures i propietats d’aquests amb els mètodes de manufactura existents.
Igualment s’analitzen els nous desenvolupaments i les aplicacions de les polímers tècniques dins
de l’àmbit industrial, d’automoció i aeroespacial.

Objectius a assolir per l’alumnat
1) Assolir una terminologia correcta i un bon nivell de descripció dels aspectes
relacionats amb els materials d’aplicació industrial i els seus processos de
transformació.
2) Reconèixer les diferents famílies de materials polímers, així com les seves propietats i
aplicacions dins l’enginyeria
3) Avaluar i comparar les propietats dels materials per tal de poder fer una selecció
adient per a una determinada aplicació
4) Saber aplicar els mètodes de transformació més adients per a cada producte i material
5) Distingir els principals defectes associats als diferents processos de conformat

Mòdul 4: Materials compòsits (compostos) i el seu conformat
S’estudien els aspectes bàsics de la transformació i conformat dels materials compostos, tot
relacionant les estructures i propietats dels mateixos amb els mètodes de manufactura existents.
Tanmateix es descriuen els components dels materials compostos i la seva aplicació en l’àmbit
industrial.

Objectius a assolir per l’alumnat
1) Assolir una terminologia correcta i un bon nivell de descripció dels aspectes relacionats
amb els materials d’aplicació industrial i els seus processos de transformació.
2) Reconèixer les diferents famílies de materials compostos, així com les seves propietats i
aplicacions dins l’enginyeria
3) Avaluar i comparar les propietats dels materials per tal de poder fer una selecció adient
per a una determinada aplicació
4) Saber aplicar els mètodes de transformació més adients per a cada producte i material
5) Distingir els principals defectes associats als diferents processos de conformat

Mòdul 5: Comportament en servei
En aquest mòdul es descriuen els aspectes relacionats amb l'entorn de treball dels materials i la
seva resposta en servei, i com aquest altera la durabilitat i comportament dels components. Partint
d'aquests coneixements s'estudien els mètodes i tecnologies que permeten prevenir o retardar la
fallada dels materials.

Objectius a assolir per l’alumnat
1) Assolir una terminologia correcta i un bon nivell de descripció dels aspectes relacionats
amb els materials d’aplicació industrial i els seus processos de transformació.
2) Conèixer els fenòmens que afecten els materials al llarg de la seva vida en servei
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
6
3) Conèixer les variables fonamentals de les alteracions de comportament dels materials
4) Comprendre els aspectes microestructurals que condueix a dany o fractura
5) Conèixer els modes i mecanismes de fallada i la importància dels mateixos. Identificar la
possible fallada a partir de l'estudi fractogràfic
6) Saber seleccionar els mètodes de protecció més adequats
Metodologia de treball
És combinen tres tipologies de sessions: Teòriques (T), d'aplicació o problemes (P) i pràctics (L)
A les sessions teòriques i d’aplicació, el professorat utilitzarà mètodes tradicionals combinats amb
d’altres fonts didàctiques interactives (recursos d’ATENEA, qüestionaris, vídeos, etc.). Es pretén
fomentar l'autoaprenentatge de l’alumnat a través de vídeos, cerques d'informació bibliogràfiques,
casos d’estudi, etc. Les sessions expositives s'il·lustraran amb exemples de components i
situacions reals relacionades amb el temari, per tal de proporcionar una visió més aplicada i
entenedora dels aspectes vinculats a la tecnologia dels materials.

Sessions de teoria i problemes
Els crèdits T i P es distribueixen, al llarg de les 15 setmanes de curs, en dues hores setmanals
impartides en un mateix dia.
L'objectiu fonamental de les sessions teòriques, que constitueixen el nucli central de la docència
d’aquesta assignatura, és l’adquisició dels coneixements fonamentals de l'assignatura que després
s’utilitzaran a les classes de problemes i a les sessions de laboratori. Si bé les sessions són
majoritàriament expositives, es considera un gran contingut de participació per part de l’alumnat.
La realització de problemes d’aplicació constitueixen un complement a les classes teòriques i
permeten desenvolupar la capacitat crítica i la pràctica per resoldre, de forma autònoma, altres
problemes. En aquestes sessions es proposarà la realització de projectes o problemes que
recullin, tant com sigui possible, la complexitat de l'assignatura i la connexió d'aquesta amb
l'activitat professional. Es fomentarà la resolució cooperativa.

Pràctiques de laboratori
Els crèdits L es distribueixen, al llarg de les 15 setmanes de curs, en 2 hores de pràctiques a
setmanes alternes i un nombre variable d’hores per a la realització dels informes de laboratori.
Tant l’assistència a les sessions de laboratori com la realització del treball, es consideren activitats
d’obligada realització per a la superació de l’assignatura. Les pràctiques de laboratori van
acompanyades d’un treball de cerca/estudi de cas real, d’extensió variable, de manera que, en
alguns casos, pot arribar a ser l’única activitat pràctica de l’assignatura, amb indicacions del
professorat.
 Pràctica 1: Metal·lografia
A partir de la utilització de tècniques de microscòpia òptica, electrònica i d’altres recursos
pedagògics, s’observaran les microestructures de diferents mostres metàl·liques corresponents a
components ja elaborats, i s’analitzaran els aspectes morfològics més destacats, tot relacionantlos amb les propietats resultants i/o els modes de fallada.
 Pràctica 3: Selecció de materials: Edupack
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
7
A partir de bases de dades de materials i del software Edupack, es realitzarà una pràctica de
establiment de criteris per a la correcta selecció d’una família de materials.
 Pràctica 3: Tecnologia de materials-on line
Mitjançant l'ús de programes interactius d'aprenentatge, l'alumne podrà realitzar la selecció d’un
material per a una determinada aplicació en funció dels requeriments funcionals del component.
Tanmateix s’analitzarà com els tractaments tèrmics poden modificar la resposta en servei dels
components.
 Pràctica 4: Recuperació de materials nobles: copel·lació
L'objectiu principal d'aquesta pràctica és reproduir un procés pirometal·lúrgic de recuperació de
metalls nobles a partir d'un residu format per una mescla de metalls. El terme “recuperació”
s'esmenta en aquesta pràctica perquè la tècnica de la copel·lació s'utilitza actualment per
recuperar els metalls nobles que es troben a les deixalles informàtiques (xips), o a les piles
(bateries) ja que és tracta de quantitats molt petites.
 Pràctica 5: Corrosió i protecció/degradació
S’observarà el comportament de diferents tipus de material, o de diferents zones d’un mateix
component, en un entorn corrosiu. També s’establirà una ordenació de materials metàl·lics, en
base a la seva noblesa química, a partir de la seva resposta en un entorn salí. També s'analitzarà
l'envelliment i el canvi de propietats associat per a diferents mostres polimèriques sotmeses a
envelliment ambiental i/o accelerat.
 Pràctica 6: Electrometal·lúrgia: recobriments electrolítics
S’aplicaran els criteris d'electròlisi de via humida en què es realitzen les transferències químiques
per pas de corrent. L'objectiu és comprovar la influència dels factors indicats per la llei de Faraday
als recobriments de níquel efectuats en components metàl·lics de diferent naturalesa (substrats).
Organització en mòduls i temps de dedicació per a l’alumnat
Mòdul
Temps de
classe
Temps
d’estudi
Temps
total
Mòdul 1: Metalls, aliatges metàl·lics i el seu
conformat
11 hores
10 hores
21 hores
Mòdul 2: Materials ceràmics, vidres
conformat
4 hores
4 hora
8 hores
Mòdul 3: Materials polímers i el seu conformat
5 hores
5 hores
10 hores
Mòdul 4: Materials compòsits (compostos) i el seu
conformat
2 hores
3 hores
5 hores
Mòdul 5: Comportament en servei.
8 hores
10 hores
18 hores
Pràctiques de laboratori
12 hores
3 hores
15 hores
Exercicis, treballs, tests
3 hores
10 hores
13 hores
i el seu
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
8
Materials
Bibliografia bàsica
M. P. Groover, Fundamentos de manufactura moderna, Prentice Hall. (1997)
Kalpakjian, Schmid, Manufactura, Ingeniería y Tecnología, 4 ed . Prentice Hall. (2002)
A. Rajiv. Materials processing and manufacturing sciencie. Elsevier Butterworth (2006)
E.P. DeGarmo Materiales y procesos de fabricación, Reverté (1994)
J. Apraiz Barrero. Tratamientos térmicos de los aceros. Limusa Noriega (2000).
N. Salán. Tecnologia de Proceso y Transformación de Materiales. Ed. UPC (2005)
Bibliografia complementària
G.S. Upadhyaya. Sintered Metallic and ceramics. John Wiley & Sons (2000)
T. A. Oswald. Polymer processing fundamentals. Hanser Publishers, (1998)
T. A. Ring. Fundamentals of ceramic powder processing and synthesis. Academic Press (1996)
T. Burakoswy, T. Wierzon. Surface Enginering of Metals. Principles, Equipment, Technologies.
CRC Press. (1999).
K. Lange. Handbook of metal forming. Mc Graw-Hill Book Copmpany. (1985).
Avaluació
L’avaluació de l’assignatura (NFINAL) considera una part corresponent a les notes obtingudes en
dues proves parcials (N1rP, N2nP), que inclouen exercicis, treballs i/o test parcials proposats a les
sessions de teoria. L’altra part, (NPRACT), considera l’avaluació dels informes de pràctiques
corresponents als aspectes pràctics de les sessions de laboratori (NLAB), i també la valoració del
treball de cerca bibliogràfica obligatori de l’assignatura (NTREBALL), segons les equacions següents:
N FINAL  0.35   N 1rP   0.35   N 2nP   0.30   N PRACT 
 N PRACT   N LAB (50%)  NTREBALL (50%)
Les proves parcials es convoquen a les dates proposades per l’ETSEIAT i indicades al Calendari
Acadèmic del centre. Els continguts de les proves està vinculat a la matèria impartida en la primera
meitat del quadrimestre (1r parcial, avaluat amb N1rP) i en la segona meitat (2n parcial, avaluat
amb N2nP), amb el mateix pes.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25032 Tecnologia de Materials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 29/06/06
Modificada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 4/06/2010
Modificada en CAA de data 1/06/2011
9
El Treball de cerca bibliogràfica/estudi de cas real, és complementari a les sessions de laboratori,
tot seguint les pautes indicades pel professorat. El tema del treball es centra en el procés de
selecció d’un material, fabricació d’una peça o component d’aplicació o ús industrial o identificació
de processos de modificació per a nous usos. Un esquema general podria contemplar els
aspectes següents:






Selecció del material necessari per a la elaboració del component
Descripció del component o peça (plànols, esquemes, sol·licitacions...)
Procés de fabricació / elaboració
Operacions posteriors (si s’escau)
Pressupost orientatiu (maquinària, consum d’energia, ma d’obra, matèries primeres,...)
Possibles millores a introduir al procés de fabricació / elaboració i valoració de l’impacte
mediambiental d’aquestes
Aquests treballs s’han de realitzar obligatòriament en grup, fins a 5 alumnes. Els/les components
de cada grup poden consultar amb el professorat qualsevol dubte relacionat amb el
desenvolupament dels treballs. Cal lliurar-ho no més tard de la setmana 13 del curs.