Rok akademicki: 2016/2017 Kod: MIM MD-s Punkty ECTS: 4. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiały dla energetyki i lotnictwa

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Przemiany fazowe w metalach i stopach Rok akademicki: 2016/2017 Kod: MIM MD-s Punkty ECTS: 4 Wydział: Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiały dla energetyki i lotnictwa Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl) dr hab. inż. Zielińska-Lipiec Anna (alipiec@agh.edu.pl) mgr inż. Pańcikiewicz Krzysztof (krzysztof.pancikiewicz@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna termodynamicze warunki zajścia różnych przemian fazowych oraz ich klasyfikację IM2A_W01, IM2A_W03 Egzamin M_W002 Zna i rozumie wpływ temperatury i czasu na prędkość przemian fazowych IM2A_W01, IM2A_W03 Egzamin, Kolokwium M_W003 Rozumie istotę i mechanizm podstawowych przemian fazowych IM2A_W01, IM2A_W03, IM2A_W09 Egzamin, Kolokwium Umiejętności M_U001 Potrafi wykorzystać dane eksperymentalne do wyznaczania parametrów kinetyki przemian fazowych IM2A_U01, IM2A_U05 Kolokwium M_U002 Potrafi określić wpływ przechłodzenia na własności metali i stopów IM2A_U01, IM2A_U03, IM2A_U11 Egzamin, Kolokwium M_U003 Potrafi skorelować wyniki badań eksperymentalnych z przemianami fazowymi zachodzącymi podczas obróbki cieplnej stopu IM2A_U05, IM2A_U11 Kolokwium 1 / 6

2 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Zna termodynamicze warunki zajścia różnych przemian fazowych oraz ich klasyfikację Zna i rozumie wpływ temperatury i czasu na prędkość przemian fazowych Rozumie istotę i mechanizm podstawowych przemian fazowych Potrafi wykorzystać dane eksperymentalne do wyznaczania parametrów kinetyki przemian fazowych Potrafi określić wpływ przechłodzenia na własności metali i stopów Potrafi skorelować wyniki badań eksperymentalnych z przemianami fazowymi zachodzącymi podczas obróbki cieplnej stopu Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Klasyfikacja przemian fazowych. Podział i przykłady różnych przemian fazowych. Różnice pomiędzy termodynamiką a kinetyką przemian fazowych. Prędkość przemian fazowych. Definicja siły pędnej, prędkości przemiany i energii aktywacji przemiany. Zmiana entalpii/energii swobodnej podczas przemian fazowych. Trzy sposoby określenia prędkości przemiany fazowej. Strumień atomów. Wyprowadzenie równania na strumień atomów przez powierzchnię międzyfazową. Zasada maksymalnej prędkości przemiany. Zarodkowanie homogeniczne kryształów w cieczy. Zmiana energii swobodnej związana z utworzeniem zarodka. Wyprowadzanie równań na promień krytyczny zarodka i pracę zarodkowania homogenicznego. 2 / 6

3 Zarodkowanie heterogeniczne kryształów w cieczy. Różnice między zarodkowaniem homogenicznym i heterogenicznym. Wyprowadzanie równań na promień krytyczny zarodka i pracę zarodkowania homogenicznego i heterogenicznego. Zarodkowanie w stanie stałym. Równanie Johnsona-Mehla. Wyprowadzenie równania Johnsona-Mehla. Wyznaczanie wykładnika potęgowego, energii aktywacji przemiany i stałej prędkości przemiany z równania Johnsona-Mehla. Adaptacja równania Johnsona-Mehla do warunków nieizotermicznych. Krzepnięcie czystych metali. Krzepnięcie czystych metali w warunkach dodatniego/ujemnego gradientu temperatury w cieczy. Prędkość wzrostu dendrytów. Cechy wzrostu dendrytycznego. Wpływ promienia zaokrąglenia końcówki dendrytu na jego prędkość wzrostu. Krzepnięcie równowagowe stopów. Współczynnik rozdziału domieszki. Omówienie krzepnięcia równowagowego stopów na podstawie wykresów fazowych z nieograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym, z przemianą eutektyczną, z przemianą perytektyczną, z przemianą monotektyczną. Krzepnięcie nierównowagowe stopów. Krzepnięcie roztworów w warunkach braku dyfuzji w stanie stałym i dyfuzyjnego/konwekcyjnego rozprowadzenia domieszki w cieczy. Rafinacja strefowa. Wykorzystanie wykresu fazowego do opisu krzepnięcia nierównowagowego. Przechłodzenie stężeniowe. Krzepnięcie eutektyk. Warunek stabilności frontu krystalizacji podczas krzepnięcia. Wzrost komórkowy i komórkowo-dendrytyczny. Struktura odlewu. Mechanizm przemiany eutektycznej. Prędkość wzrostu eutektyki. Krytyczna odległość międzypłytkowa. Wydzielanie ferrytu z austenitu. Omówienie różnic pomiędzy wydzielaniem z fazy ciekłej a wydzielaniem w stanie stałym. Kinetyka wzrostu ferrytu ziarnistego kontrolowanego dyfuzją węgla w austenicie. Kinetyka wzrostu ferrytu płytkowego (wzrost krawędziowy kontrolowany dyfuzją). Przemiana perlityczna. Mechanizm i kinetyka przemiany perlitycznej. Wpływ przechłodzenia na odległość międzypłytkową i własności mechaniczne perlitu. Struktura pasmowa w stalach ferrytyczno-perlitycznych. Wydzielanie z przesyconych roztworów stałych. Wpływ stopnia dyspersji wydzieleń na własności stopu. Klasyfikacja procesów wydzielania. Umacnianie wydzieleniowe duraluminium. Strefy wolne od wydzieleń. Rozpad spinodalny w stopach na osnowie Al. Mechanizm i kinetyka wydzielenia komórkowego. Termodynamika i kinetyka przemiany masywnej. Termodynamiczne aspekty warunkujące możliwość zajścia przemiany masywnej. Wykresy zamrażania. Kinetyka krystalizacji szkieł metalicznych. Ćwiczenia audytoryjne Strumień atomów. Zmiana energii wewnętrznej / energii swobodnej na drodze przemiany. Wpływ przechłodzenia na strumień atomów. Przykłady procesów, w których strumień atomów 3 / 6

4 nie zależy od przechłodzenia. Obliczanie stosunku strumieni atomów przy dwóch temperaturach podczas rekrystalizacji Cu. Zarodkowanie homogeniczne kryształów w cieczy I. Obliczanie siły pędnej procesu krzepnięcia. Obliczanie promienia krytycznego zarodka i pracy zarodkowania homogenicznego kryształów z cieczy (Al, Pb, Fe). Zarodkowanie homogeniczne kryształów w cieczy II. Wyznaczanie liczby atomów wchodzących w skład zarodka krytycznego. Obliczenie przechłodzenia wymaganego do zapoczątkowania zarodkowania homogenicznego. Zarodkowanie heterogeniczne kryształów w cieczy I. Obliczanie promienia krytycznego zarodka, pracy zarodkowania oraz liczby atomów w zarodku krytycznym podczas zarodkowania heterogenicznego kryształów w cieczy. Zarodkowanie heterogeniczne kryształów w cieczy II. Wpływ przechłodzenia i równowagowego kąta styku na wielkość promienia krytycznego, pracę zarodkowania oraz ilość atomów w zarodku krytycznym. Krzepnięcie czystych metali. Omówienie krzepnięcia czystych metali krzepnących w warunkach dodatniego i ujemnego gradientu temperatury w cieczy. Obliczenie wpływu wielkości przechłodzenia na maksymalną prędkość wzrostu dendrytów. Krzepnięcie równowagowe stopów. Omówienie krzepnięcia równowagowego stopów z układów o nieograniczonej i ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym. Obliczenie ułamka wagowego eutektyki w mikrostrukturze po krzepnięciu. Wpływ przechłodzenia stężeniowego na rodzaj otrzymanej struktury po krystalizacji. Krzepnięcie nierównowagowe stopów. Omówienie krzepnięcia nierównowagowego w warunkach braku dyfuzji w stanie stałym i dyfuzyjnym/konwekcyjnym rozprowadzaniu domieszki w cieczy. Wykorzystanie wykresów równowagowych do interpretacji stanów metastabilnych. Przemiana masywna. Zanik periodycznej fali stężenia. Wykorzystanie rozwiązania II prawa Ficka do opisu segregacji po krzepnięciu nierównowagowym. Obliczanie czasu wyżarzania homogenizującego wymaganego do wyrównania składu chemicznego stopu. Równanie Johnsona-Mehla. Obliczanie energii aktywacji przemiany przy znanych czasach do uzyskania danego ułamka przemiany przy dwóch temperaturach (przemiana izokinetyczna). Obliczanie energii aktywacji przemiany z równania Johnsona-Mehla. Wykorzystanie równania Johnsona-Mehla do opisu kinetyki przemiany fazowej. Obliczanie stałej prędkości przemiany i wykładnika potęgowego z równania Johnsona- Mehla przyznanych czasach do uzyskania ułamka przemiany dla izotermicznego rozpadu austenitu przy dwóch temperaturach. Obliczanie czasu do zakończenia przemiany na podstawie wyznaczonych stałych prędkości i energii aktywacji przemiany. Przemiana perlityczna. Omówienie mechanizmu przemiany perlitycznej w stalach. Pomiar odległości międzypłytkowych w stali perlitycznej dla różnego stopnia przechłodzenia i interpretacja otrzymanych wyników. Omówienie przyczyn występowania struktury 4 / 6

5 pasmowej w stalach ferrytyczno-perlitycznych. Wydzielanie ciągłe. Rozpad przesyconych roztworów stałych, kinetyka starzenia duraluminium i stali maraging. Omówienie roli wakancji w przemianach fazowym na przykładzie starzenia duraluminium. Omówienie rozpadu spinodalnego na podstawie układu Al-Zn. Wydzielanie nieciągłe. Różnice między wydzielaniem ciągłym i nieciągłym. Omówienie zarodkowania w procesie wydzielania nieciągłego oraz kinetyka wzrostu kolonii. Sposób obliczania oceny końcowej Średnia ważona: 0.4 ocena z ćwiczeń audytoryjnych ocena z egzaminu Wymagania wstępne i dodatkowe Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Termin zaliczenia poprawkowego (tryb i warunki ustala prowadzący moduł na zajęciach początkowych) nie może być późniejszy niż ostatni termin egzaminu w sesji poprawkowej (dla przedmiotów kończących się egzaminem) lub ostatni dzień trwania semestru (dla przedmiotów niekończących się egzaminem). Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Z. Kędzierski, Przemiany Fazowe w Metalach i Stopach, Wydawnictwo AGH, Kraków Z. Kędzierski, Przemiany Fazowe w Układach Skondensowanych, Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne, AGH Kraków D.A. Porter, K.E. Easterling, M.Y. Sherif, Phase Transformations in Metals and Alloys. CRC Press Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. T. Kozieł, Estimation of cooling rates in suction casting and copper-mould casting processes, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 iss. 2A (2015), p K. Wieczerzak, P. Bała, M. Stępień, G. Cios, T. Kozieł, The characterization of cast Fe-Cr-C alloy, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 iss. 2A (2015), p T. Kozieł, J. Latuch, S. Kąc, Structure of melt-spun Fe-Cu-Si-B-Nb alloy, Journal of Alloys and Compounds, vol. 586, (2014), p. S121-S T. Koziel, J. Latuch, A. Zielinska-Lipiec: Structure of the amorphous-crystalline Fe66Cu6B19Si5Nb4 alloy obtained by the melt-spinning process, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 58, 2013, pp A. Zielinska-Lipiec, T. Kozieł, A. Czyrska-Filemonowicz, VM12 steel for advanced power generation plants metrology of the precipitates by electron microscopy, Solid State Phenomena, vol. 186, 2012, p A. Zielińska-Lipiec, T. Kozieł, A. Czyrska-Filemonowicz: Quantitative characterisation of the microstructure high chromium steel with boron for advanced steam power plants, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 43, 2010, p Informacje dodatkowe Brak 5 / 6

6 Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Przygotowanie do zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 28 godz 30 godz 10 godz 20 godz 2 godz 118 godz 4 ECTS 6 / 6