Rok akademicki: 2015/2016 Kod: MEI s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Własności mechaniczne materiałów Rok akademicki: 2015/2016 Kod: MEI s Punkty ECTS: 3 Wydział: Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Kierunek: Edukacja Techniczno Informatyczna Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 6 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Kruk Adam (kruczek@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr hab. inż. Kruk Adam (kruczek@agh.edu.pl) dr inż. Cempura Grzegorz (cempura@agh.edu.pl) Michta Grzegorz (gmichta@agh.edu.pl) dr inż. Ziętara Maciej (zietara@agh.edu.pl) dr inż. Majewska-Zawadzka Kinga (kinga@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 Student po zaliczeniu tego przedmiotu powinien znać podstawowe zależności pomiędzy strukturą materiału a własnościami mechanicznymi. Powinien znać podstawowe metody badań własności mechanicznych materiałów inżynierskich. EI1A_W02 M_W002 Student ma podstawową wiedzę na temat budowy wewnętrznej metali i stopów metali, ceramiki, polimerów oraz kompozytów. Student poszerza swoją podstawową wiedzę na temat własności mechanicznych materiałów inżynierskich oraz metod ich praktycznego określania. EI1A_W02 M_W003 Student otrzymuje pogłębione wprowadzenie do nauki o materiałach co pozwala na ich świadomy dobór na elementy konstrukcyjne w oparciu o kryterium jakim są własności mechaniczne. EI1A_W03, EI1A_W06 1 / 7

2 M_W004 Student zapoznaje się z problemami dotyczącymi wpływu budowy strukturalnej i defektów na własności mechaniczne materiałów. Pozwala to na zrozumienie zmian strukturalnych, a co za tym idzie i własności mechanicznych w wyniku obróbki cieplnej, cieplno-plastycznej lub obciążenia jakiemu poddawane są materiały konstrukcyjne. EI1A_W03 Umiejętności M_U001 Student uzyskuje pogłębione wprowadzenie do nauki o materiałach, które daje umiejętność świadomego doboru materiałów na elementy konstrukcyjne w oparciu o kryterium jakim są własności mechaniczne. EI1A_U03, EI1A_U05 Kolokwium 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 Student po zaliczeniu tego przedmiotu powinien znać podstawowe zależności pomiędzy strukturą materiału a własnościami mechanicznymi. Powinien znać podstawowe metody badań własności mechanicznych materiałów inżynierskich. Student ma podstawową wiedzę na temat budowy wewnętrznej metali i stopów metali, ceramiki, polimerów oraz kompozytów. Student poszerza swoją podstawową wiedzę na temat własności mechanicznych materiałów inżynierskich oraz metod ich praktycznego określania. Student otrzymuje pogłębione wprowadzenie do nauki o materiałach co pozwala na ich świadomy dobór na elementy konstrukcyjne w oparciu o kryterium jakim są własności mechaniczne. 2 / 7

3 M_W004 Umiejętności M_U001 Student zapoznaje się z problemami dotyczącymi wpływu budowy strukturalnej i defektów na własności mechaniczne materiałów. Pozwala to na zrozumienie zmian strukturalnych, a co za tym idzie i własności mechanicznych w wyniku obróbki cieplnej, cieplnoplastycznej lub obciążenia jakiemu poddawane są materiały konstrukcyjne. Student uzyskuje pogłębione wprowadzenie do nauki o materiałach, które daje umiejętność świadomego doboru materiałów na elementy konstrukcyjne w oparciu o kryterium jakim są własności mechaniczne Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Proces wytwarzania, struktura a własności mechaniczne podstawowych grup materiałów inżynierskich. Przedstawiono i krótko scharakteryzowano podstawowe grupy materiałów inżynierskich z uwzględnieniem ich podstawowych własności mechanicznych takich jak granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości wzdłużnej i odkształcenie. Przedstawiono zależność między procesem wytwarzania, strukturą i własnościami materiałów. Wpływ budowa wewnętrznej materiałów inżynierskich na ich własności mechaniczne. Wiązania między atomami. Struktura krystaliczna. Przypomnienie podstawowych elementów krystalografii. Materiały krystaliczne i amorficzne. Stopy o strukturze szkieł metalicznych. Masywne amorficzne materiały metaliczne. Inżynierskie materiały nanostrukturalne. Tekstura i jej wpływ na anizotropie własności mechanicznych w wyrobach walcowanych. Wpływ defektów struktury krystalicznej na własności mechaniczne materiałów. Zdefiniowano pojęcia naprężenia i odkształcenia. Prawo Hooke a. Definicja tensora naprężeń. Wytrzymałość teoretyczna a rzeczywista kryształów. Podział defektów struktury krystalicznej. Defekty punktowe: wakancje, atomy międzywęzłowe i substytucyjne. Defekty liniowe struktury krystalicznej - dyslokacje. Defekty liniowe: dyslokacje. Dyslokacje o orientacji krawędziowej, śrubowej i mieszanej. Pole naprężeń dyslokacji. Energia dyslokacji. Siły działające na dyslokacje. Siły oddziaływania między dyslokacjami. Siły chemiczne działające na dyslokacje. Dyslokacje jednostkowe i częściowe. Reakcje miedzy dyslokacjami w krysztale. Źródła i rozmnażanie się dyslokacji. Spiętrzenia dyslokacji. Siły pozorne. Układy dyslokacji i granice kryształów. Rola dyslokacji w odkształceniu plastycznym. Defekty płaskie: błędy ułożenia, granice ziaren, granice międzyfazowe. Granice dyslokacyjne. Pole naprężeń układów dyslokacji. Poślizg: systemy poślizgu, krytyczne 3 / 7

4 naprężenie styczne, rola dyslokacji w poślizgu. Odkształcenie plastyczne, mechanizmy odkształcenia: poślizg, bliźniakowanie. Odkształcenie przez bliźniakowanie. Wyraźna granica plastyczności. Oddziaływanie defektów punktowych z dyslokacjami. Starzenie po odkształceniu. Efekt Bauschingera. Umocnienie. Umocnienie przez rozdrobnienie ziarna, równanie Halla-Petcha. Umocnienie przez roztwory stałe. Umocnienie przez dyslokacje. Umocnienie przez wydzielenia cząstek obcej fazy. Praktyczne wykorzystanie mechanizmów umocnienia. Wpływ obróbki cieplnej i cieplno-plastycznej na własności tworzyw metalicznych. Utwardzanie wydzieleniowe stopów metali. Przykłady praktycznego wykorzystania umocnienia stopów cząstkami wydzieleń na przykładach stopów dla lotnictwa i energetyki. Rekrystalizacja statyczna i jej aspekt praktyczny. Rekrystalizacja dynamiczna regulowana przeróbka cieplno-plastyczna stopów metalicznych. Statyczne próby określania własności metali przy temperaturze otoczenia. Budowa i zasada działania maszyny wytrzymałościowej. Przeprowadzenie próba rozciągania: warunki przeprowadzenia, określane w próbie parametry. Krzywa umocnienia. Próba ściskania. Próba zginania. Próba skręcania. Badania twardości, mikrotwardości i nanotwardości. Dynamiczne próby określania własności metali przy temperaturze otoczenia. Badania udarności. Przeprowadzenie próby. Podstawy mechaniki pękania, teoria Griffitha. Rodzaje pękania. Odporność na pękanie. Odporność na obciążenia dynamiczne materiałów inżynierskich. Własności mechaniczne materiałów metalicznych przy obniżonych i podwyższonych temperaturach. Wpływ temperatury badania na własności mechaniczne materiałów określane pod wpływem obciążeń: statycznych, dynamicznych oraz cyklicznie zmiennych. Temperatura przejścia w stan kruchy. Pełzanie metali. Przeprowadzenie próby pełzania, krzywa pełzania. Mechanizmy pełzania: dyslokacyjny, dyfuzyjny i poślizg po granicach ziarn. Odporność na pełzanie stopów metali na przykładzie materiałów dla energetyki i lotnictwa. Własności mechaniczne materiałów przy cyklicznie zmiennym obciążeniu. Zmęczenie materiału. Fizykochemiczne przyczyny zmęczenia materiałów. Złomy zmęczeniowe. Wielkości wpływające na zmęczenie materiałów. Charakterystyka badań zmęczeniowych stanowiskowych. Wyznaczanie wytrzymałości zmęczeniowej (wykres Wölera). Wyznaczanie wytrzymałości zmęczeniowych przy cyklach niesymetrycznych (wykres Smitha). Własności mechaniczne materiałów ceramicznych i szkieł. Wytrzymałość materiałów ceramicznych. Odporność materiałów ceramicznych na pękanie. Wpływ czasu na wytrzymałość oraz pełzanie materiałów ceramicznych. Własności mechaniczne materiałów polimerowych i kompozytów. Zachowanie się polimerów pod wpływem obciążenia. Własności mechaniczne polimerów. Własności mechaniczne kompozytów. Czynniki wpływające na własności mechaniczne kompozytów. Zasady doboru materiałów inżynierskich pod kątem ich własności mechanicznych. Porównanie własności mechanicznych materiałów inżynierskich. Dobór materiałów inżynierskich pod kątem ich własności mechanicznych. Ćwiczenia laboratoryjne 4 / 7

5 Statyczna próba rozciągania. Krzywa umocnienia. Budowa uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej. Zapoznanie się z obowiązującą normą dotyczącą statycznej próby rozciągania. Wykonanie próby rozciągania. Analiza własności wytrzymałościowych na podstawie uzyskanych krzywych rozciągania. Na podstawie krzywych rozciągania dla różnych materiałów metalicznych określenie współczynnika umocnienia oraz średniego wykładnika umocnienia. Obliczenie zależności chwilowego wykładnika umocnienia od odkształcenia. Próba zginania i ściskania. Przeprowadzenie próby zginania dla materiałów kompozytowych i ceramiki. Określanie własności materiałów inżynierskich na podstawie zarejestrowanych krzywych siła strzałka ugięcia. Określanie własności materiałów inżynierskich w próbie ściskania. Zapoznanie się z obowiązującymi normami dotyczącymi próby zginania i próby ściskania. Własności materiałów inżynierskich określane w próbie udarności. Twardość. Wpływ obciążenia dynamicznego na własności materiałów. Zachowanie się różnych grup materiałów inżynierskich podczas obciążeń dynamicznych. Ogólna charakterystyka mechaniki pękania i jej metod badawczych. Pomiary udarności. Temperatura przejścia w stan kruchy. Istota i klasyfikacja twardości. Metody pomiarów twardości i mikrotwardości. Statyczne metody pomiaru twardości: Brinella, Vickersa, Rockwella. Dynamiczne próby twardości. Próby zarysowania. Określenie wpływu odkształcenia plastycznego i obróbki cieplnej na twardość materiałów metalicznych. Zapoznanie się z nowoczesnymi metodami pomiaru mikrotwardości warstw.kruchy. Kruchość materiału, fraktografia. Zmęczenie metali i stopów. Istota zmęczenia i pojęcia ogólne. Badanie wytrzymałości zmęczeniowej. Próby zmęczeniowe. Opracowanie wyników prób zmęczeniowych i wykresy zmęczeniowe. Zjawiska zmęczeniowe. Złomy zmęczeniowe. Próba pełzania. Własności mechaniczne materiałów inżynierskich w obniżonych i podwyższonych temperaturach. Istota żarowytrzymałości. Istota i klasyfikacja pełzania. Procesy uszkodzeń wewnętrznych i dekohezji podczas pełzania. Pełzanie stopów z wydzieleniami cząstek drugiej fazy. Analiza krzywych pełzania na przykładzie stopów dla energetyki i lotnictwa. Umocnienie. Starzenie po przesycaniu i po zgniocie. Umocnienie przez odkształcenie. Wpływ odkształcenia na kształt krzywych rozciągania. Umocnienie przez rozdrobnienie ziarna. Równanie Halla-Petcha. Umocnienie przez roztwory stałe. Rekrystalizacja, rekrystalizacja dynamiczna. Praktyczne wykorzystanie mechanizmów umocnienia. Umocnienie przez wydzielenia cząstek obcej fazy. Stale z efektem BH i ich zastosowanie. Istota występowania wyraźnej granicy plastyczności. Stale z super niską zawartością atomów międzywęzłowych i ich zastosowanie. Efekt Bauschingera. Dobór materiałów. Kryteria doboru materiałów na elementy konstrukcyjne. Opracowanie praktycznego doboru materiałów na różne elementy konstrukcyjne pod względem wymaganych własności mechanicznych. Sposób obliczania oceny końcowej 5 / 7

6 Ocena z zaliczenia 0,4 + ocena z egzaminu 0,6 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 A.Kelly, G.H.Groves : Krystalografia i defekty struktury, PWN, Warszawa D.Hull: Dyslokacje, PWN, Warszawa 1982 M.Blicharski: Wstęp do Inżynierii Materiałowej, WNT, Warszawa 2001 (również 1995,1998) J.W.Wyrzykowski, E.Pleszakow, J.Sieniawski: Odkształcenie i pękanie metali, WNT, Warszawa 1999 L.A.Dobrzański: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach, WNT, Warszawa 1999 M. F. Ashby, D. R.H. Jones: Materiały Inżynierskie właściwości i zastosowania, WNT, Warszawa 1995 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. M. S. Węglowski, W.OSUCH, G.MICHTA: Microstructure and mechanical properties of ultra-high strength steel Weldox 1300 Mikrostruktura i własności mechaniczne wysokowytrzymałej stali Weldox 1300 / // Inżynieria Materiałowa ; ISSN R. 34 nr 3 2. G.MICHTA, W.OSUCH, A.KRUK Examination of the microstructure and properties of austeniticmartensitic welded join Badania mikrostruktury i własności połączenia zgrzewanego stali austenitycznej z martenzytyczną. Inżynieria Materiałowa ; ISSN R. 34 nr A.Węglowska, G.MICHTA: The structure and mechanical properties of vibration welded joints made of glass fibre reinforced nylon 66 Struktura i właściwości mechaniczne złączy zgrzewanych wibracyjnie z poliamidu 66 wzmocnionego włóknami szklanymi. Composites Theory and Practice ISSN: R. 12 nr A.Kruk, J.Pietrzyk: Badania metalograficzne i wytrzymałościowe próbek stali pobranych z wyeksploatowanego mostu suwnicy skrzynkowej. Rozdział w monografii: Pęknięcia lamelarne: praca zbiorowa pod red. Artura BLUMA i Tadeusza Niezgodzińskiego Radom : Wydawnictwo Instytutu Technologii Eksploatacji PIB, 2007, s A.Kruk, T.Łata: Rozwój pęknięć lamelarnych w blachach obciążonych na kierunku walcowania, Przegląd Spawalnictwa, 2006, 78 nr 12 s A.Kruk, L.B.Magalas, W.Osuch, J.Pietrzyk, G.Rigaut, S.Gorczyca: Microstructure and Mechanical Properties of Low Carbon Silicon Manganese Steel Sheets Containing Retained Austenite, 14th International Scientific Conference Advanced Materials & Technologies, Gliwice Zakopane, Maj (1995), s F.Ciura, J.Ryś, W.Osuch, A.Kruk: Wpływ warunków odkształcenia plastycznego na strukturę i własności stopu Fe-30%Ni, Mat. Konf. Dobór i eksploatacja materiałów inżynierskich, Gdańsk, Jurata, wrzesień (1997), s W.Osuch, A.Kruk, G.Michta, J.Pietrzyk: Struktura i własności niskowęglowej stali bainitycznej, AMME 2001: Achievements in Mechanical & Materials Engineering : proceedings of the 10th jubilee international scientific conference : Gliwice Cracow Zakopane, Poland, December 9 13, 2001, s Informacje dodatkowe Brak 6 / 7

7 Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Samodzielne studiowanie tematyki zajęć lub kolokwium zaliczeniowe Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 14 godz 10 godz 6 godz 16 godz 2 godz 76 godz 3 ECTS 7 / 7