Nazwa modułu: Podstawy krystalografii Rok akademicki: 2018/2019 Kod: MIM-1-102-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: 1 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Ryś Janusz (jrysjr@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. dr hab. inż. Skrzypek Stanisław (skrzypek@agh.edu.pl) dr inż. Kowalska Joanna (joannak@agh.edu.pl) dr inż. Witkowska Małgorzata (witkowsk@agh.edu.pl) Krótka charakterystyka modułu Student pozna krystaliczną budowę materiałów, zasady wskaźnikowania i opisywania struktur krystalicznych. 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 powinien wykazywać znajomość pojęć z zakresu krystalografii i budowy krystalicznej materiałów, ma wiedzę dotyczącą struktury materiałów metalicznych (metali i stopów). IM1A_W05, IM1A_W07, IM1A_W06 M_W002 Student powinien posiadać podstawową wiedzę dotyczącą określania oraz opisu struktury jak również klasyfikowania materiałów krystalicznych. IM1A_W05, IM1A_W07, IM1A_W06 1 / 6
M_W003 Student powinien posiadać niezbędny zasób wiedzy podstawowej do dalszego poznawania i rozumienia zjawisk i przemian zachodzących w materiałach metalicznych, zna zależności krystalograficzne i zjawiska zachodzące w strukturze krystalicznej. Zna wpływ struktury krystalicznej materiałów i składu fazowego na ich własności. IM1A_W05, IM1A_W07, IM1A_W01, IM1A_W03, IM1A_W06 Umiejętności M_U001 Student powinien posiadać umiejętności klasyfikowania, identyfikacji oraz opisu budowy, struktury i symetrii materiałów krystalicznych z wykorzystaniem zasad wskaźnikowania i projekcji stereograficznej. IM1A_U15, IM1A_U21, IM1A_U22 M_U002 Ma umiejętność opisywania zależności w materiałach oraz zjawisk za pomocą modeli matematycznych, potrafi opisywać struktury krystaliczne materiałów, z wykorzystaniem rzutu stereograficznego potrafi wyznaczyć systemy poślizgu. IM1A_U06, IM1A_U01, IM1A_U10, IM1A_U21, IM1A_U22 Kompetencje społeczne M_K001 Student ma świadomość konieczności poznawania nowych metod badawczych wykorzystujących podstawy krystalografii aby skutecznie działać jako inżynier materiałoznawca. IM1A_K01 Egzamin, Aktywność na zajęciach 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 Student powinien wykazywać znajomość pojęć z zakresu krystalografii i budowy krystalicznej materiałów, ma wiedzę dotyczącą struktury materiałów metalicznych (metali i stopów). Student powinien posiadać podstawową wiedzę dotyczącą określania oraz opisu struktury jak również klasyfikowania materiałów krystalicznych. 2 / 6
M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 Student powinien posiadać niezbędny zasób wiedzy podstawowej do dalszego poznawania i rozumienia zjawisk i przemian zachodzących w materiałach metalicznych, zna zależności krystalograficzne i zjawiska zachodzące w strukturze krystalicznej. Zna wpływ struktury krystalicznej materiałów i składu fazowego na ich własności. Student powinien posiadać umiejętności klasyfikowania, identyfikacji oraz opisu budowy, struktury i symetrii materiałów krystalicznych z wykorzystaniem zasad wskaźnikowania i projekcji stereograficznej. Ma umiejętność opisywania zależności w materiałach oraz zjawisk za pomocą modeli matematycznych, potrafi opisywać struktury krystaliczne materiałów, z wykorzystaniem rzutu stereograficznego potrafi wyznaczyć systemy poślizgu. Kompetencje społeczne M_K001 Student ma świadomość konieczności poznawania nowych metod badawczych wykorzystujących podstawy krystalografii aby skutecznie działać jako inżynier materiałoznawca. Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Budowa krystaliczna materiałów, pojęcie monokryształu i polikryształu Podstawowe zagadnienia z zakresu krystalografii i budowy kryształów; monokryształy i polikryształy; polikryształ nanokrystalliczny, stan amorficzny ciała stałego, model atomu, struktura (budowa) krystaliczna i sieć przestrzenna. Modelowanie sieci krystalicznych, komórka elementarna sieci krystalicznej Charakterystyka układów krystalograficznych i typy sieci przestrzenne Bravais go, parametry sieciowe i kątowe, zależności geometryczne i parametry charakteryzujące komórkę elementarną, przestrzenie międzyatomowe luki oktaedryczne i tetraedryczne, gęstość krystalograficzna. Roztwory stałe i związki chemiczne, poszerzona definicja fazy Pojęcia roztworu stałego i związku chemicznego oraz ich związek z budową i rodzajem sieci krystalicznej; izomorfizm i alotropia (polimorfizm); odmiany alotropowe 3 / 6
wybranych metali i niemetali. Własności a budowa wewnętrzna wybranych materiałów metalicznych, sieci podstawowych metali Związek własności z budową wewnętrzną wybranych materiałów krystalicznych (metale i niemetale), podstawowe własności fizyczne, izotropia i anizotropia własności fizycznych, chemicznych i mechanicznych. Wskaźnikowanie węzłów, prostych i płaszczyzn sieciowych Zasady wskaźnikowania węzłów, prostych i płaszczyzn sieciowych, równania prostej i płaszczyzny sieciowej; symbole [uvw] i (hkl), rysowanie węzłów, prostych i płaszczyzn o zadanych wskaźnikach. iloczyn skalarny i wektorowy na przykładzie kierunków i płaszczyzn sieciowych. Wskaznikowanie w układzie regularnym i heksagonalnym. Prawo przynależności pasowej Przynależność wektora (kierunku) do płaszczyzny krystalograficznej, warunek prostopadłości wektorów/kierunków krystalograficznych, pojęcie pasa krystalograficznego i prawo przynależności pasowej; podstawowe wzory krystalograficzne. Rzut stereograficzny I Konstrukcja siatki Wulfa, rzut koła wielkiego i małego, podstawy rzutu stereograficznego. Rzut standardowy. Konstrukcje rzutów stereograficznych kryształów z wykorzystaniem siatki Wulfa. Rzut stereograficzny II Konstrukcje rzutów standardowych dla układu regularnego na płaszczyzny typu {100},{110} i {111}. Krystalograficzny aspekt mechanizmów odkształcenia plastycznego Rzeczywista budowa ciał krystalicznych, defekty struktury krystalicznej i kryteria klasyfikacji; defekty sieciowe: punktowe, liniowe i powierzchniowe; defekty liniowe (dyslokacje) a odkształcenie plastyczne. Elementy symetrii kryształów Symetria budowy kryształów; podstawowe elementy symetrii; operacje przekształceń symetrycznych (opis geometryczny i macierzowy); symetria w morfologii kryształów (grupy punktowe) oraz symetria w budowie wewnętrznej (grupy przestrzenne i ich symbolika). Zastosowanie rzutu stereograficznego Wykorzystanie rzutu stereograficznego do przedstawiania zależności krystalograficznych w materiałach. Systemy poślizgu w kryształach metali o sieci regularnej. Krystalografia przemiany fazowej/martenzytycznej. Zastosowanie rzutu stereograficznego do tekstury krystalograficznej materiału polikrystalicznego Tekstura metalograficzna, mineralogiczna i krystalograficzna. Zastosowanie obrotów kryształu w rzucie stereograficznym do konstrukcji Idealnych figur biegunowych. Zastosowanie rzutu stereograficznego do analizy orientacji krystalograficznej ziarna/monokryształu Orientacja osi głównych kryształu [100], [010], [001] i wskażniki osi zewnętrznych (x,y,z) w rzucie stereograficznym, tekstura jako własność statystyczna orentacji ziaren, kąty przestrzeni Eulera. Wykład podsumowujący, związek własności z siecią krstaliczną Wykład podsumowujący, przegląd najnowszych materiałow krsytalicznych w aspekcie związków sieć-własności (np.grafen) 4 / 6
Ćwiczenia audytoryjne Układy krystalograficzne Układy krystalograficzne i sieci przestrzenne Bravais go; podstawowe parametry i zależności geometryczne w charakteryzujące układ regularny i heksagonalny; przestrzenie międzyatomowe luki oktaedryczne i tetraedryczne, obliczanie gęstości krystalograficznej Wskaźnikowanie węzłów, prostych i płaszczyzn sieciowych Zasady wskaźnikowania węzłów, prostych i płaszczyzn sieciowych, rysowanie płaszczyzn i kierunków o zadanych wskaźnikach; wyznaczanie kątów między kierunkami i płaszczyznami. Prawo przynależności pasowej Iloczyn skalarny i wektorowy, prostopadłość płaszczyzn i kierunków, prawo przynależności pasowej, wyznaczanie osi pasa krystalograficznego (krawędzi przecięcia płaszczyzn), określanie symboli płaszczyzn należących do dwóch pasów. Rzut stereograficzny na płaszczyzny typu {100} Rzuty stereograficzne kierunków i płaszczyzn; konstrukcja rzutu standardowego na płaszczyzny typu {100}. Rzut stereograficzny na płaszczyzny typu {110}i {111} Rzuty stereograficzne kierunków i płaszczyzn; konstrukcja rzutu standardowego na płaszczyzny typu {110} i {111}. systemy poślizgu Pojęcie systemu poślizgu, systemy poślizgu w strukturach metali RSC, RPC oraz HZ ilustracja w komórce elementarnej oraz na rzucie standardowym na płaszczyznę (001). Ćwiczenia zaliczeniowe Rozwiązywanie zadań sprawdzające praktyczne umiejętności. Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa jest wystawiana wg.oceny z ćwiczeń audytoryjnych i egzaminu z wagą odpowiednio 40:60 z uwzględnieniem aktywności na wykładzie. 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.J.Chojnacki, Metalografia strukturalna Wyd. Śląsk 1966 2.Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996 (ISBN 83-01-11958-6) 3.Z. Trzaska Durski, H. Trzaska Durska, Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994 (ISBN 83-01-11388-X) 4. T.Penkala Zarys krystalografii PWN 1983. 5. Z.Kosturkiewicz Metody krystalografii Wyd. Nauk. UAM 2004. 6. A.Kelly, G.W. Groves Krystalografia i defekty kryształów PWN 1980. 7.Stanisław J. Skrzypek: Krystaliczna budowa metali, Rozdz. w: Inżynieria metali i ich stopów, red. Stanisław J. Skrzypek, Karol Przybyłowicz. Kraków : Wydawnictwa AGH, 2012. (Wydawnictwa Naukowe / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie ; KU 0406). ISBN 978-83-7464-5 / 6
397-9. S. 59 82 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. J. KOWALSKA, W. RATUSZEK, K. CHRUŚCIEL; Crystallographic relations between deformation and annealing texture in austenitic steels, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 53 iss. 1 spec. iss (2008), s. 131 137 2. J. KOWALSKA, W. RATUSZEK, M. WITKOWSKA, A. ZIELIŃSKA-LIPIEC, Development of microstructure and texture in Fe-26Mn-3Si-3Al alloy during cold-rolling and annealing, Journal of Alloys and Compounds, vol. 615 Suppl. 1 (2014) s. S583 S586 3. J. KOWALSKA, W. RATUSZEK, M. WITKOWSKA, A. ZIELIŃSKA-LIPIEC, T. TOKARSKI; Microstructure and texture characteristics of the metastable Fe-21Mn-3Si-3Al alloy after cold deformation, Journal of Alloys and Compounds, vol. 643 suppl. 1 (2015) s. S39 S45 4. J. KOWALSKA, W. RATUSZEK, M. WITKOWSKA, A. ZIELIŃSKA-LIPIEC, M. Kowalski; Microstructure and texture evolution during cold-rolling in the Fe-23Mn-3Si-3Al alloy, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 iss. 3 (2015) s. 1789 1794 5. J. KOWALSKA; Analysis of texture and microstructure of annealed Fe 23Mn 3Si 3Al steel, Acta Physica Polonica. A, vol. 130 no. 4, 2016, s. 946 949 6. 158.Stanisław J. Skrzypek: Krystaliczna budowa metali, Rozdz. w: Inżynieria metali i ich stopów, red. Stanisław J. Skrzypek, Karol Przybyłowicz. Kraków : Wydawnictwa AGH, 2012. (Wydawnictwa Naukowe / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie ; KU 0406). ISBN 978-83-7464-397-9. S. 59 82 7. Stanisław J. SKRZYPEK, Anders Bergmark, Marcin GOŁY Structural characterization of surface layers in sintered Distaloy AE and Distaloy HP Charakterystyka strukturalna spieków ze stopowych proszków Distaloy AE i Distaloy HP /// Inżynieria Materiałowa ; ISSN 0208-6247. 2013 R. 34 nr 4, s. 370 373. 8. PROF, DR HAB. INŻ. Stanisław J. SKRZYPEK, DR INŻ. Małgorzata WITKOWSKA, DR INŻ. Joanna KOWALSKA, MGR Krzysztof CHRUŚCIEL: Zastosowanie nieniszczących dyfrakcyjnych metod rentgenowskich do charakteryzowania stanu struktury materiałów (The non-destructive X-Ray methods in measuring of some material properties), HUTNIK Wiadomości Hutnicze, 2012, s.238-246 9. S. J. Skrzypek, W. Ratuszek, A. Bunsch, M. Witkowska, J. Kowalska, M. Goły, K. Chruściel Crystallographic texture and anisotropy of electrolytic deposited copper coating analysis. Journal of Achievments in Materials and Manufacturing Engineering v.43 (2010) Nov. 264-268 10. A.Bunsch,S.J.Skrzypek, J.Kowalska, Naroa Molina, W.Ratuszek: Texture and mechanical properties of electrodeposited copper thin films. Solid State Phenomena vol.163 (2010) p.141-144 Informacje dodatkowe Termin i tryb zaliczenia poprawkowego prowadzący poda na pierwszym wykładzie. Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Przygotowanie do zajęć Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 14 godz 30 godz 38 godz 15 godz 2 godz 6 godz 133 godz 5 ECTS 6 / 6