Nazwa modułu: Materiały dla energetyki i lotnictwa Rok akademicki: 2016/2017 Kod: MIM-1-702-s Punkty ECTS: 5 Wydział: Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 7 Strona www: http://www.kmimp.agh.edu.pl/ Osoba odpowiedzialna: prof. zw. dr hab. inż. Czyrska-Filemonowicz Aleksandra (czyrska@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. zw. dr hab. inż. Czyrska-Filemonowicz Aleksandra (czyrska@agh.edu.pl) dr inż. Cempura Grzegorz (cempura@agh.edu.pl) dr inż. Ziętara Maciej (zietara@agh.edu.pl) dr inż. Rutkowski Bogdan (rutkowsk@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 Zna zagadnienia związane z przemysłem energetycznym i lotniczym, ze szczególnym uwzględnieniem sprawności cieplnej, aspektów ekonomicznych oraz ekologicznych IM1A_W06, IM1A_W30, IM1A_W10 Egzamin M_W002 Zna budowę silników przepływowych, turbin parowych i gazowych oraz odrzutowych silników lotniczych IM1A_W06, IM1A_W30, IM1A_W10, IM1A_W28 Egzamin, Kolokwium, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_W003 Posiada pogłebioną wiedzę na temat materiałów stosowanych w przemyśle energetycznym i lotniczym oraz kierunków ich rozwoju IM1A_W30, IM1A_W14 Egzamin, Kolokwium, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych Umiejętności 1 / 5
M_U001 Posiada umiejętności doboru materiałów dla energetyki i lotnictwa IM1A_U06, IM1A_U14, IM1A_U01 Egzamin, Zaliczenie laboratorium Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 Zna zagadnienia związane z przemysłem energetycznym i lotniczym, ze szczególnym uwzględnieniem sprawności cieplnej, aspektów ekonomicznych oraz ekologicznych Zna budowę silników przepływowych, turbin parowych i gazowych oraz odrzutowych silników lotniczych Posiada pogłebioną wiedzę na temat materiałów stosowanych w przemyśle energetycznym i lotniczym oraz kierunków ich rozwoju Posiada umiejętności doboru materiałów dla energetyki i lotnictwa + - - - - - - - - - - + - + - - - - - - - - + - + - - - - - - - - + - - - - - - - - - - Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 1. Przemysł energetyczny i lotniczy stan obecny i kierunki rozwoju. Kryteria doboru materiałów dla przemysłu energetycznego i lotnictwa. Materiały dla energetyki i lotnictwa: klasyfikacja, właściwości, mikrostruktura i jej stabilność podczas eksploatacji, trwałość eksploatacyjna. 2. Zasada działania silników przepływowych, turbina parowa, turbina gazowa. Odrzutowe silniki lotnicze, rodzaje silników, kierunki rozwoju. 3. Stale i stopy konstrukcyjne dla elektrowni konwencjonalnych stale bainityczne, stale martenzytyczne zawierające 9-12%Cr, stale austenityczne. 4. Zero-emisyjne elektrownie konwencjonalne membrany dla separacji CO2 i tlenu. Spalanie biomasy, pokrycia ochronne. 5. Przerabiane plastycznie nadstopy niklu, niklu i żelaza oraz nadstopy kobaltu dla 2 / 5
zastosowań w przemyśle energetycznym, lotniczym i kosmicznym. 6. Odlewnicze (monokrystaliczne) nadstopy niklu na łopatki turbin silników lotniczych i stacjonarnych turbin przemysłowych. 7. Wytwarzanie i właściwości pokryć ochronnych zwiększających trwałość eksploatacyjną elementów z nadstopów niklu (powłoki dyfuzyjne, MCrAlY, bariery cieplne TBC). 8. Stopy aluminium stosowane w przemyśle lotniczym. 9. Stopy tytanu dla zastosowań w przemyśle energetycznym i lotniczym. Materiały konstrukcyjne na osnowie faz międzymetalicznych, możliwości ich zastosowania, właściwości faz międzymetalicznych z układów Fe-Al, Ni-Al, Ti-Al. 10. Materiały dla energetyki jądrowej; materiały dla kontrolowanej syntezy jądrowej (stopy wolframu). 11. Kompozyty na osnowie metalicznej i ceramicznej, stopy umocnione dyspersyjnymi cząstkami tlenków (stopy ODS). 12. Materiały dla energetyki odnawialnej: elektrownie wiatrowe, hydroelektrownie, elektrownie geotermalne, panele fotowoltaiczne i słoneczne. 13. Materiały dla magazynowania i konwersji energii: ogniwa paliwowe, akumulatory, baterie. 14. Wykład technologiczny (przedstawiciel przemysłu) laboratoryjne Na zajęciach laboratoryjnych student zapozna się z metodami wytwarzania wybranych materiałów dla energetyki i lotnictwa oraz dokona charakterystyki mikrostruktury i właściwości materiałów przy użyciu dedykowanych metod badawczych. Na ćwiczeniach będą realizowane następujące zagadnienia: 1. Turbina parowa i gazowa budowa i zasada działania. Silniki lotnicze. Dobór materiałów na elementy silników lotniczych na przykładzie silników modelarskich. 2. Stale martenzytyczne i austenityczne dla przemysłu energetycznego badania mikrostruktury stali oraz ich zmian obserwowanych po pracy w wysokiej temperaturze. 3. Nadstopy niklu przerabiane plastycznie badania mikrostruktury i podstawowych właściwości mechanicznych. 4. Odlewnicze (monokrystaliczne) nadstopy niklu na łopatki turbin lotniczych i przemysłowych, badania mikrostruktury wybranych stopów, analiza zjawisk zachodzących podczas procesów ich wytwarzania. 5. Pokrycia (warstwy) ochronne na stopach żarowytrzymałych, badana mikrostrukturalne wybranych powłok. 6. Stopy tytanu i aluminium dla energetyki i lotnictwa, analiza mikrostruktury wybranych stopów, analiza zjawisk zachodzących podczas pracy w wysokiej temperaturze na przykładzie stopu Ti6242. 7. Stopy na osnowie faz międzymetalicznych, badania zmian mikrostruktury podczas próby zmęczenia niskocyklowego (LCF) stopu na osnowie faz TiAl. 8. Kompozyty. Stopy ODS wytwarzanie (mechaniczna synteza). Analiza mikrostruktury oraz określenie jej wpływu na właściwości. Wyznaczenie parametrów opisujących proces koagulacji nanocząstek podczas wysokotemperaturowego wygrzewania stopów ODS na podstawie obrazów mikrostruktur. 9. Materiały dla energetyki jądrowej, stopy kobaltu i wolframu. Analiza zmian struktury wolframu zachodzących pod wpływem wysokoenergetycznej wiązki elektronów. Sposób obliczania oceny końcowej Średnia ważona: 0,5 ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 0,5 ocena z egzaminu 3 / 5
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 Ashby M., Jones D.: Materiały inżynierskie, WNT, Warszawa, 1996. Blicharski M.: Inżynieria Materiałowa Stal, WNT, Warszawa 2004. Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, Warszawa, 2003. Cahn R. W., Haasen P., Kramer E.J.: Materials Science and Technology, VCH, New York, tom 8, 1992. Cempura G.: Low cycle fatigue behavior of a Ti-Al based intermetallic alloy at high temperaturę, rozprawa doktorska, AGH Kraków, 2012. Czyrska-Filemonowicz A., Dubiel B., Wasilkowska A.: Żaroodporne i żarowytrzymałe stopy ODS umocnione nanocząstkami tlenków, Fotobit, Kraków, 2004. Czyrska-Filemonowicz A., Ennis P.J., Zielińska-Lipiec A.: High Chromium Creep Resistant Steels for Modern Steam Power Plant, rozdział w Metallurgy on the Turn of the 20th Century, Komitet Metalurgii PAN, K. Swiątkowski (red.), Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2002, 193-217. Dubiel B.: Zmiany mikrostruktury podczas pełzania monokrystalicznych nadstopów niklu, praca habilitacyjna, AGH Kraków, 2011. Hernas A. (red.): Materiały i technologie do budowy kotłów nadkrytycznych i spalarni odpadów, Wyd. SITPH, Katowice, 2009. Hernas A., Dobrzański J.: Trwałość i niszczenie elementów kotłów i turbin parowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2003. Luque A., Hegedus S., (red.): Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley & Sons, Ltd, 2003. Materiały Int. Charles Parsons Turbine Conference on Advanced Materials for 21st Century Turbines and Power Plant, published by The Institute of Materials, London, UK, A. Strang et al. (red.): 7th Conference in Glasgow, 11-13.09.2007, 8th Conference in Portsmouth, 5-8.09.2011. Materiały Int. Conference on Materials for Advanced Power Engineering in Liege, Belgium, opublikowane w Reports of Forschungszentrum Jülich, J. Lecomte-Beckers et al. (red.): 8th Conference 17-21.09.2006; 9th Conference, 27-29.09.2010., 10th Conference 14 17.09.2014. Nelson J.: The Physics of Solar Cells. Imperial College Press, 2003. Reed R. C.: The Superalloys. Fundamental and applications, Cambridge University Press, 2006. Rębiasz B., Orchel-Szeląg A., Czyrska-Filemonowicz A.: NewMat project the answer to challenges related to the energy market development, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2014. Rutkowski B.: Mechanical properties and microstructure of dense ceramic membranes for oxygen separation in zero-emission power plants, rozprawa doktorska, AGH Kraków-RWTH Aachen, 2012. Wenham S., Green M. (red): Applied Photovoltaics. 2nd ed. Routledge, 2006. Wosik J.: Evaluation of the long-term microstructural stability of selected Ni-base superalloys, rozprawa doktorska, AGH Kraków, 2002. Zielińska-Lipiec A.: Analiza stabilności mikrostruktury modyfikowanych stali martenzytycznych 9% Cr w procesie wyżarzania i pełzania, praca habilitacyjna, AGH Kraków, 2005. Zielińska-Lipiec A.: Stale stosowane w energetyce konwencjonalnej i jądrowej wybrane zagadnienia, AGH Kraków, 2015 Ziętara M.: Evaluation of the long-term microstructural stability of selected Ni-base superalloys, rozprawa doktorska, AGH Kraków, 2011. Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Rozprawy doktorskie i monografie: 1. K. Bryła Zmiany mikrostruktury podczas pełzania nowej stali martenzytycznej na wirniki turbin parowych, rozprawa doktorska (promotor: prof. A. Czyrska-Filemonowicz), AGH Kraków, 2004 2. B. Rutkowski Mechanical properties and microstructure of dense ceramic membranes for oxygen separation in zero-emission power plants, (promotorzy: prof. T. Beck i prof. A. Czyrska-Filemonowicz i prof. T. Beck), AGH i RWTH Aachen, 2012 3. A. Czyrska-Filemonowicz, P.J. Ennis, A. Zielińska-Lipiec High Chromium Creep Resistant Steels for Modern Steam Power Plant, rozdział w książce Metallurgy on the Turn of the 20th Century, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, K. Swiątkowski (red.), AKAPIT, Kraków, 2002, s. 193-217 4 / 5
4. A. Czyrska-Filemonowicz, B. Dubiel, A. Wasilkowska monografia p.t. Żaroodporne i żarowytrzymałe stopy ODS umocnione nanocząstkami tlenków, Wyd. Fotobit, 2004, s.1-124 5. B. Rębiasz, A. Orchel-Szeląg, A. Czyrska-Filemonowicz monografia p.t. NewMat project- the answer to challenges related to the energy market development, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków 2014, s. 1-107 6. G. Cempura, Low cycle fatigue behavior of a Ti-Al based intermetallic alloy at high temperature, rozprawa doktorska (promotor: prof. A. Czyrska-Filemonowicz), AGH Kraków, 2012. 7. M. Ziętara Microstructure stability of second and fourth generation single crystal nickel-base superalloys during high temperature creep deformation, rozprawa doktorska (promotor: prof. A. Czyrska-Filemonowicz), AGH Kraków, 2011 8. J. Wosik Evaluation of the long-term microstructural stability of selected Ni-base superalloys, rozprawa doktorska (promotor: prof. A. Czyrska-Filemonowicz), AGH Kraków, 2002. Artykuły: 1. 4. J. Wosik, H. J. Penkalla, A. Czyrska-Filemonowicz Waspaloy stop na wirniki nowoczesnych turbin parowych, Inżynieria Materiałowa, 4 (2002)163-167 2. G. Cempura, A. Kruk, C. Thomser, M. Wirtz, A. Czyrska-Filemonowicz Microstructure characterization of tungsten based alloys for fusion application, Archives of Metallurgy and Materials, 58(2013)473-476 3. B. Rutkowski, J. Malzender, T. Beck, A Czyrska-Filemonowicz- Membrany dla nowoczesnych elektrowni węglowych wytwarzających czystą energię, Hutnik- Wiadomosci Hutnicze, 80(2013)274-279 1. A. Czyrska-Filemonowicz, B. Dubiel, M. Ziętara, A. Cetel Development of single crystal Ni-based superalloys for advanced aircraft turbine blades, Inżynieria Materiałowa, 3-4(2007)128-133. 2. G. Cempura, H. J. Penkalla, F. Schubert, A. Czyrska-Filemonowicz Low Cycle Fatigue behavior and microstructure of 3rd generation TiAl based alloy, Inżynieria Materiałowa,175/3(2010)658-661. 3. M. Ziętara, A. Kruk, A. Gruszczyński, A. Czyrska-Filemonowicz FIB-SEM tomography of 4th generation PWA 1497 superalloy, Materials Characterisation, 87(2014)143-148; JCR. 4. M. Zietara, A. Cetel, A. Czyrska-Filemonowicz: Microstructure Stability of 4th Generation Single Crystal Superalloy, PWA 1497, during High Temperature Creep Deformation, Materials Transactions, Vol. 52, No.03, 2011, s.336-339. Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Przygotowanie do zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Udział w wykładach Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 6 godz 32 godz 28 godz 28 godz 2 godz 126 godz 5 ECTS 5 / 5