Guia Exens 635a16

Área I. Análisis de la relación estructura-propiedades -procesamiento de los materiales Subárea 1. Identificación de grupos de materiales por su composición química, el tipo de enlace, estructuras y propiedades Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Describir los enlaces químicos de metales, cerámicos, polímeros y compósitos -En los metálicos todos comparten sus últimos electrones. -En los cerámicos se dan entre los elementos cuyos electronegatividades sean diferentes la fuerza que mantiene y da estabilidad a los enlaces es electroestática. -Los compositos están formados por una matriz ya sea polimerica, metalica o cerámica ala que se le añade otro material de refuerzo con el propósito de mejorar otras propiedades de la matriz. 

Representar gráficamente las 7 estructuras cristalinas y las 14 redes de Bravais -Redes de bravais

GUÍA DEL SUSTENTANTE PARA EL EXAMEN DE EGRESO DE NIVEL SUPERIOR (EXENS)

Nombre del programa educativo

7 Estructuras cristalinas



Identificar la estructura cristalina de los metales más comunes como el Hierro, Cobre, Magnesio, Aluminio y Níquel relacionándola con las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. En base a la representación geométrica del arreglo de los átomos de los elementos químicos que los conforman. Fe: (911º BCC) (912- 1388º FCC) (1389º BCC) Cu: FCC Mg: H (Resistencia a la deformación) Al: FCC (buen conductor eléctrico y térmico) Ni: FCC (Resistencia en las superaleaciones)

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


Identificar la estructura cristalina de los cerámicos relacionándola con el procesamiento de fabricación por sinterización a diferentes temperaturas del proceso y velocidades de enfriamiento.

2





Clasificar la estructura y morfología de los polímeros (amorfa y semicristalina).



Describir los polímeros según su estructura y propiedades; dependiendo de la temperatura de procesamiento, como termofijos y termoplásticos. -Polímeros termoplásticos (TP), materiales sólidos a temperatura ambiente, pero cuando se someten a temperaturas de cientos de grados se convierten en líquidos viscosos. Esta característica permite conformarlos fácil y económicamente en productos útiles. Pueden sujetarse repetidamente a los ciclos de calentamiento y enfriamiento sin que se degraden significativamente.(PP) (PS) (Nylon) -Propiedades: ligeros resistentes a la corrosión de baja resistencia y rigidez y no son adecuados para uso a temperaturas altas. Poseen bajo índice de deformación elástica ya que por su estructura al aplicar una fuerza permite que las cadenas se alarguen y al liberar la fuerza estas regresan de ese estado de distorsión casi instantáneamente. -Polímeros termofijos o termoestables, o (TS), no toleran ciclos repetidos de calentamiento, Con calentamiento inicial, se ablandan y fluyen para ser moldeados, pero las temperaturas elevadas producen también una reacción química generalmente con el oxígeno que endurece el material y lo convierte en un sólido infusible. Si este polímero termoestable se recalienta, se degrada -Propiedades: Son materiales compactos y muy duros, poseen un punto de fusión relativamente alto en comparación con los termoplásticos, poseen gran resistencia química y son insolubles para la mayoría de los solventes,

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se clasifican en: Resinas fenólicas Resinas ureicas melamina Resinas de poliéster Resinas epoxídicas

Resinas de

Área II. Selección de materiales adecuados para procesos y/o productos de ingeniería de materiales Subárea 1. Calculo de factores diseño, trabajabilidad, resistencia, peso, ambientales y económico en la selección de un material Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Evaluar los factores de diseño, trabajabilidad, resistencia y peso a considerar para la selección del material adecuado en un cigüeñal de un automóvil, considerando la temperatura de trabajo, fatiga mecánica, desgaste presentes en la aplicación. Acero forjado El material empleado generalmente para la construcción de los cigüeñales es de acero al carbono; en los casos de mayores solicitaciones se emplean aceros especiales al cromo - níquel o al cromo -molibdeno- vanadio tratados térmicamente]]. Se construyen también cigüeñales en fundición nodular que poseen unas características de resistencia semejantes a las del acero al carbono.  Determinar la aleación metálica adecuada a ser utilizada en una tubería para el transporte de oleoductos considerando que va a transportar gas natural a temperatura ambiente, bajo condiciones de flujo turbulento, cambios de dirección y esfuerzos mecánicos. Rugosidad Castirón – uncoated. 0.00085 Galvanized iron 0.0005 Carbon stell 0.00015

in 0.01 0.006 0.0018



Proponer los materiales en base a los factores de diseño, resistencia, peso, ambientales y económicos para utilizarlos como ladrillos refractarios adecuados para hornos de fundición de acero que operan a temperaturas entre 900 °C a 1400 °C. Magnesita Magnesita – cromo Cromo – magnesita 

Determinar el polímero adecuado para diferentes casos de usos, sobre todo en la aplicación de interiores de autos. Es el polipropileno (PP) con casi un 30% en peso, en segundo lugar se encuentra el caucho para los neumáticos y seguidamente los polímeros técnicos y los elastómeros.

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Subárea 2. Evaluación de falla en elementos mecánicos Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Describir las principales características de falla por Fatiga de un componente metálico bajo cargas de tensión y compresión, considerando que el componente es utilizado en un motor automotriz. -Diseño de las piezas, puede que la zona trabajada este muy limitada para los esfuerzos que requiere o que la zona ya tenga un defecto y por ende al momento de correr la pieza en una prueba se le empiece a hacer una grieta.  Identificar los principales mecanismos de corrosión electroquímica que se presentan en los materiales con aplicaciones en la industria petroquímica relacionándola con la vida útil del material considerando que estarían expuestos a medios ácidos y enterrados bajo tierra. -Celdas de composición Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electrolítica. Con el efecto de polarización de los elementos aleados y las -Celdas de esfuerzo La corrosión por esfuerzo se presenta por acción galvánica pero puede suceder por la filtración de impurezas en el extremo de una grieta existente. -Corrosión por oxígeno Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno diatómico disuelto en agua o al aire -Corrosión microbiológica Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. La biodiversidad que está presente en este tipo de corrosión será: -Bacterias. -Algas. -Hongos. -Corrosión por presiones parciales de oxígeno El oxígeno presente en una tubería, por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.



Elegir los tipos de ladrillos refractarios adecuados para diferentes procesos como: tratamientos térmicos y fundición en base a su composición química y método de obtención. 5



-Refractarios básicos principalmente de MgO y CaO y CrO contienen un alto porcentaje de MgO 92 a 95 %



Predecir el desgaste (degradación) químico y mecánico de diferentes familias de polímeros utilizados en el envasado de reactivos químicos.

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Área III. Caracterización de materiales para procesos y/o productos de ingeniería Subárea 1. Análisis de las Técnicas experimentales. Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Identificar las técnicas experimentales utilizadas para la obtención de la composición química de los materiales utilizando un esquema donde se observe el alcance de la técnica, requerimientos de la preparación de las muestras de los materiales y si es un análisis cuantitativo y/o cualitativo.  Explicar los fundamentos de las técnicas de microscopía óptica y electrónica considerando la capacidad de magnificación, profundidad de campo y tamaño de muestra. 1. Difracción de rayos X. 2. Análisis metalográfico. 3. Espectrometría -El microscopio óptico es un microscopio que, como su nombre indica, está basado en lentes ópticos. También es conocido como microscopio de luz, ya que, utiliza luz o “fotones” o microscopio de campo claro. Este es un instrumento que tiene más de una lente de objetivo y es empleado para examinar objetos transparentes o laminas muy finas mediante un sistema de lentes y fuentes de iluminación -Microscopia Óptica: Información suministrada sobre la microestructura: Estructuras de las aleaciones (tratamientos térmicos). Tamaño y forma de los granos. Naturaleza de las inclusiones no metálicas. Defectos microscópicos. Corrosiones intergranulares. Capas superficiales. Segregaciones. Inclusiones no metálicas. Tratamientos termoquímicos. Defectos de fabricación. Orientación de los granos. Penetración del temple. -Microscopio electrónico de barrido (SEM). Examina una gran parte de la muestra cada vez. Su funcionamiento se basa en recorrer la muestra con un haz muy concentrado de electrones, de forma parecida al barrido de un haz de electrones por la pantalla de una televisión. Los electrones del haz pueden dispersarse de la muestra o provocar la aparición de electrones secundarios.



Identificar el método y procedimientos estándar para realizar los ensayos de Tensión, Compresión, Flexión, Corte y Dureza; considerando normativas, 7





estándares y sus límites para la obtención de propiedades como esfuerzos máximos, cedencia, elasticidad, tenacidad, módulo de Young y esfuerzos de corte. En los ensayos de tensión y compresión se rigen por la norma ASTM E-8 y B-557 En los de tensión se saca los limites de fluencia que es el primer esfuerzo detectable en el que ocurre un incremento en la deformación sin que cause un aumento en el esfuerzo. Resistencia ala fluencia (cedencia): es el máximo esfuerzo donde el material pasa de la deformación elástica a deformación plástica, siendo este el punto en el que se pierde la proporcionalidad de la relación esfuerzo. Muestra: es la parte del material tomada de un producto en cantidad suficiente para obtener una o varias probetas. Probetas: es a parte de la muestra maquinada con las dimensiones o características adecuadas para someterla a una prueba determinada. Compresión Limite de fluencia: primer esfuerzo detectable en el que ocurre un incremento en la deformación sin que cause un aumento en el esfuerzo. Cedencia: máximo esfuerzo donde el material pasa de def elástica a def plástica donde se pierde la proporcionalidad de la relación esfuerzo. Punto de cedencia: conforme la carga de la probeta aumenta mas alla del limite elástico, se alcanza un esfuerzo al cual el material continua deformándose sin que haya incremento de la carga. Identificar la técnica electroquímica adecuada para calcular la velocidad de corrosión y la vida útil de las aleaciones en sistemas específicos de celdas de corrosión siguiendo los métodos bajo normas ASTM y NACE.

Subárea 2. Análisis de Esfuerzo-Deformación en elementos sometidos a cargas. Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Evaluar los resultados de los ensayos mecánicos de materiales a través de gráficos; que fueron realizados bajo los procedimientos estándar de las normas ASTM en aleaciones metálicas, considerando las especificaciones requeridas para que los resultados sean válidos estadísticamente.



Identificar en la curva de esfuerzo - deformación los siguientes parámetros: esfuerzo máximo, esfuerzo de cedencia, tenacidad, el módulo de Young

8





Proponer los criterios a seguir para realizar los ensayos de compresión en muestras o probetas con geometrías irregulares o complejas La prueba consisten someter una probeta (maquinada) a una carga de tracción creciente, aplicada axialmente. El tamaño y el tipo de probeta será de acuerdo a una especificación en particular. Se deberá de comprobar las mediciones de la probeta se encuentren dentro de los rangos especificados por cierta norma.

Subárea 3. Análisis Microestructural de Materiales Metálicos Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de: 9





Explicar la microestructura de aleaciones metálicas base hierro, cobre, níquel y aluminio bajo condiciones de trabajado en frío y después de un tratamiento térmico.

-Cu

Ni

Al

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

Proponer los ensayos metalográficos que se utilizan fuera de laboratorio en base a replicas microestructurales y ensayos no destructivos bajo norma ASTM y los procedimientos adecuados con los que se realizan. • Desbaste. • Esmerilado. • Pulido mecánico o electrolítico. • Revelado de la microestructura. • Observación en campo • Obtención y acondicionamiento de una réplica de la microestructura. • Procesado de la réplica en el laboratorio



Explicar los métodos y procedimientos estándar bajo norma ASTM en la preparación de muestras de materiales cerámicos para su evaluación microestructural.

Subárea 4. Análisis de las Técnicas experimentales para polímeros. Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Identificar las técnicas especializadas para estudiar la degradación de los polímeros.  Determinar la técnica experimental para la obtención de la temperatura de transición vítrea considerando el grupo de polímeros y su composición química. La calorimetría de barrido diferencial (DSC) es la técnica de medición más popular para detectar transiciones endotérmicas y exotérmicas, como la determinación de temperaturas de transformación y la entalpía de sólidos y líquidos como una función de la temperatura. Por ello, tanto la muestra como la referencia se mantienen casi a la misma temperatura durante todo el experimento y el flujo de calor podrá ser medido.

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Área IV. Optimización de procesos para la obtención y transformación de materiales metálicos, cerámicos o poliméricos y sus compósitos

Subárea 1. Fundamentación de los procesos de obtención y transformación de los materiales en la ingeniería Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Explicar los procesos de fabricación de los metales y sus aleaciones como: hierro, aluminio, cobre, níquel considerando que serán utilizados en componentes estructurales y de refuerzo.  Diferenciar los procesos de obtención de los cerámicos tradicionales y avanzados, considerando el origen de la materia prima así como las capacidades de procesamiento de cada proceso, relacionándolo con las propiedades mecánicas a obtener. -Extracción: las canteras de arcilla suelen estar cerca de las fábricas, son explotaciones a cielo abierto y la extracción se realiza por medios mecánicos. 2. Preparación de plasta: la arcilla extraía en la cantera hay que convertirla en una masa adecuada para la operación de moldeo en la forma de ladrillos, tejas, tubos,bloques... 3. Amasado: consiste en conseguir una perfecta homogeneización de la materia prima, es decir de las diversas arcillas que se vayan a utilizar, de éstas con los desgrasantes y de todos éstos elementos sólidos con el agua. 4. Moldeo: es dar al producto una configuración externa. 5. Secado: las piezas recién moldeadas si se cocieran se romperían por lo que hay que someterlas al proceso de secado que consiste en la eliminación de la pasta de amasado, hasta reducirla un 5% y se realiza de forma lenta. 6. Cocción: cuando se cuecen las arcillas a altas temperaturas, se producen unas reacciones que provocan en el material una consistencia pétrea y una durabilidad que las hacen adecuadas para el fin que se las destina. Tradicionales Están constituidos por tres tipos básicos: arcilla sílice y feldespato la arcilla está compuesta principalmente por silicatos de aluminio hidratados AL2O3 SiO2 h2o con pequeñas cantidades de otros óxidos como TiO2 Fe2O3 MgO CaO Na2O Y K2O. Las arcillas en los materiales cerámicos tradicionales se pueden trabajar antes de qe el material se endurezca por el fuego y constituyen el cuerpo principal del material.

Subárea 2. Análisis de procesos de obtención y transformación de los materiales metálicos, cerámicos, polímeros y compósitos. 12



Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:  Resolver las ecuaciones principales a utilizar en el proceso de Laminación de acero considerando como variables importantes la velocidad de rolado, temperatura de proceso y número de pases de la lámina de acero.  Explicar los principales tratamientos térmicos en aceros, aleaciones de aluminio y níquel considerando que se utilizarán en componentes automotrices y generadores de energía. RECOCIDO Es el proceso por el cual se libera la tensión causada por operaciones anteriores. El proceso se realiza por calentamiento y mantenimiento a una temperatura adecuada, seguido de un enfriamiento controlado. Es fundamental tener la atmósfera adecuada para un proceso de recocido reproducible y exitoso. Por lo tanto, si usted trabaja con metales ferrosos y no ferrosos, las aplicaciones y los sistemas de Praxair basados en uso de Nitrógeno e Hidrógeno pueden mejorar notablemente la calidad de sus resultados. SOLDADURA BRAZING La soldadura Brazing es un proceso donde se calienta un metal de aporte a su temperatura de fusión y una vez en estado líquido se distribuye uniformemente entre dos piezas unidas por el efecto de acción capilar. Los enlaces del metal de aporte fundido se unen a la base de metal para formar una fuerte unión soldada. Si existe presencia de poros o se forman óxidos en las uniones metálicas, esto podría dificultar el proceso. CARBURIZADO El Carburizado es un proceso en el cual el carbono se difunde en una capa superficial sobre la pieza de acero a una temperatura lo suficientemente alta como para cambiar la estructura de grano de acero a un estado austenítico, que le permite absorber carbono. El resultado es una capa superficial resistente al desgaste, lo que hace este proceso ideal para la producción de componentes con alta dureza superficial, resistentes y seguros. SINTERIZADO Es un proceso que utiliza polvos metálicos o cerámicos comprimidos para crear piezas de diversas formas y composiciones. Permite a los fabricantes realizar piezas automotrices complejas que requieran poco o ningún maquinado posterior.

Subárea 3. Evaluación de las nuevas tecnologías de fabricación de los materiales. Esta subárea procura medir que el sustentante es capaz de:

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


Clasificar las principales familias de las aleaciones base níquel que tienen uso en la industria de generación de energía y aeronáutica, considerando su composición química, propiedades mecánicas, térmicas y resistencia a la corrosión.

Aleaciones trabajadas en una fase

Aleaciones trabajadas polifasicas

Fundidas de una fase

Aleaciones fundidas polifasicas

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


Especificar cuáles son las tendencias en la fabricación de los cerámicos avanzados en la industria aeronáutica y electrónica

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