Nazwa modułu: Nauka o materiałach II Rok akademicki: 2014/2015 Kod: MME-1-303-s Punkty ECTS: 5 Wydział: Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Kierunek: Metalurgia Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 3 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Zielińska-Lipiec Anna (alipiec@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr hab. inż. Zielińska-Lipiec Anna (alipiec@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 posiada podstawowe wiadomości o zjawiskach zniszczenia ME1A_W12, ME1A_W23 Egzamin, M_W002 Student ma wiadomości o budowie materiałów metalicznych, ceramicznych, polimerów, kompozytów. ME1A_W03, ME1A_W23 Egzamin, M_W003 Student ma wiedzę na temat kształtowania żądanych właściwości materiałów metalicznych. ME1A_W12, ME1A_W23 Egzamin, Umiejętności M_U001 Student potrafi przedstawić dokumentację i przygotować tekst omawiający wykonanie zadania inżynierskiego ME1A_U03 M_U002 Student zna metody i urządzeń pozwalających określić podstawowe właściwości mechaniczne ME1A_U13, ME1A_U20 M_U003 Student umie projektować procesy technologiczne potrzebne do kształtowania mikrostruktury i właściwości ME1A_U03, ME1A_U20 1 / 7
M_U004 Student umie rozwiązać proste zadanie inżynierskie polegające na doborze materiału do określonych zastosowań. ME1A_U03, ME1A_U20, ME1A_U22 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 M_U004 Student posiada podstawowe wiadomości o zjawiskach zniszczenia Student ma wiadomości o budowie materiałów metalicznych, ceramicznych, polimerów, kompozytów. Student ma wiedzę na temat kształtowania żądanych właściwości materiałów metalicznych. Student potrafi przedstawić dokumentację i przygotować tekst omawiający wykonanie zadania inżynierskiego Student zna metody i urządzeń pozwalających określić podstawowe właściwości mechaniczne Student umie projektować procesy technologiczne potrzebne do kształtowania mikrostruktury i właściwości Student umie rozwiązać proste zadanie inżynierskie polegające na doborze materiału do określonych zastosowań. + + - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Mechanizmy zużycia i dekohezji materiałów 2 / 7
Mechanizmy pękania, zużycie trybologiczne, korozja chemiczna, korozja elektrochemiczna,. Kształtowanie mikrostruktury - obróbka cieplna Wykresy CTP. Charakterystyka podstawowych procesów i ich wpływ na własności mechaniczne materiałów: wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, utwardzanie wydzieleniowe. Kształtowanie mikrostruktury- powłoki i warstwy wierzchnie, obróbka cieplno chemiczna Charakterystyka podstawowych procesów obróbki powierzchniowej materiałów : Obróbki cieplno chemicznej (nawęglanie, azotowanie, chromowanie, aluminiowanie). Metody wytwarzania warstw i powłok CVD, PVD. Rola warstw wierzchnich w modyfikacji własności mechanicznych, fizycznych i chemicznych Charakterystyka podstawowych materiałów inżynierskich stale Cz. I Wpływ pierwiastków stopowych na własności stali. Stale niestopowe. Podział wg zastosowania i własności mechanicznych. Omówienie wybranych przykładów stale konstrukcyjne., rola mikrododatków, regulowane walcowanie, Charakterystyka podstawowych materiałów inżynierskich - stale cz. II Stale maszynowe o dużej zawartości węgla stale do ulepszania cieplnego, do nawęglania, do azotowania, sprężynowe, łożyskowe Charakterystyka podstawowych materiałów inżynierskich - stale cz.iii Stale narzędziowe do pracy na zimno, na gorąco. Spiekane stale szybkotnące. Obróbka cieplna stali szybkotnących. Narzędziowe węgliki spiekane i cermetale. Stale odporne na korozję. Stale do pracy w podwyższonej temperaturze. Odlewnicze stopy żelaza Klasyfikacja. Czynniki wpływające na grafityzację. Wpływ pierwiastków stopowych na własności żeliw. Metody odlewania. Obróbka cieplna. Żeliwa stopowe i ich zastosowane. Metale nieżelazne i ich stopy. Omówienie podstawowych własności mechanicznych i fizycznych miedzi i aluminium oraz ich stopów. Tytan i jego stopy. Nadstopy na bazie żelaza, niklu, kobaltu Omówienie podstawowych własności nadstopów i ich zastosowanie na podstawie nadstopów żelaza (np. Incoloye, ODS), niklu (np. Waspaloy, Inkonele, itp.), kobaltu (np., Haynes) Metale wysokotopliwe Podstawowe własności wolframu, molibdenu, niobu, tantalu i ich stopów. Zastosowanie stopów wysokotopliwych w gospodarce. Materiały ceramiczne i szkła Materiały naturalne wyroby z gliny. Nowoczesne materiały ceramiczne. Materiały ogniotrwałe. Ceramika narzędziowa (tlenkowa, azotkowa). Szkła ceramiki niekrystaliczne. Własności materiałów ceramicznych i szkieł. Metody wytwarzania Polimery Pojęcia podstawowe. Struktura polimerów,, polimeryzacja. Polimery termoplastyczne i termoutwardzalne,. Elastomery, Własności polimerów. Metody wytwarzania. Kompozyty. Kompozyt naturalny drewno, Kompozyty włókniste, agregatowe. Własności kompozytów 3 / 7
Materiały funkcjonalne Biomateriały pojęcie biozgodności, przykładowe materiały ich stosowanie, Materiały dla elektroniki i telekomunikacji. Stopy z pamięcią kształtu. Przyszłość inżynierii materiałowej Nanotechnologie i nanomateriały. Materiały a środowisko. Komputerowe projektowanie Ćwiczenia audytoryjne Wpływ odkształcenia plastycznego na własności mechaniczne metali Defekty sieci (punktowe, liniowe i powierzchniowe) i ich wpływ na własności metali. Mechanizm odkształcenia metali (poślizg, bliźniakowanie). Zmiany w mikrostrukturze zachodzące w wyniku odkształcenia plastycznego. Wpływ gęstości dyslokacji na własności mechaniczne. Metody badania własności mechanicznych. Proces rekrystalizacji. Układy równowagi fazowej Stopy i fazy, definicja fazy, składnika, układu, równowagi fazowej i termodynamicznej. Reguła faz, reguła dźwigni. Układy podwójne (z nieograniczoną rozpuszczalnością, z przemianą eutektyczną, perytektyczną, z fazami międzymetalicznymi, z przemianami w stanie stałym). Zasady opisywania dwuskładnikowych wykresów równowagi. Zastosowanie reguły faz i reguły dźwigni. Układ równowagi Fe-Fe3C (opis strukturalny i fazowy). Stale węglowe, stopowe i żeliwa Definicje faz i składników strukturalnych występujących w stalach. Układ równowagi Fe-Fe3C (opis strukturalny i fazowy). Krzywe chłodzenia i nagrzania stali. Podział stopów żelaza z węglem. Podział stali ze względu na zastosowanie i strukturę. Podział żeliw ze względu na formę występowania węgla (grafitu) żeliwa białe i szare. Formy występowania grafitu w żeliwach. Klasyfikacja stali stopowych (w oparciu o skład chemiczny, zastosowanie i strukturę) Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany alotropowe w stalach. Formy występowania pierwiastków stopowych w stalach. Wpływ pierwiastków stopowych na własności ferrytu oraz na kinetykę przemiany przechłodzonego austenitu. Przemiany fazowe w stalach. Przemiany w stalach (perlityczna, austenityczna, martenzytyczna i przy odpuszczaniu). Wykresy CTPc i CTPi i ich interpretacja. Klasyfikacja i zastosowanie procesów wyżarzania stali. Technologia procesu hartowania, rodzaje ośrodków chłodzących, sposoby hartowania. Definicja hartowności i sposoby jej wyznaczania. Proces odpuszczania. Krzywa dylatometryczna procesu odpuszczania i jej opis. Metale nieżelazne Metale nieżelazne. Miedź i jej własności. Stopy miedzi i ich podział ze względu na skład chemiczny (mosiądze, brązy, miedzionikle) oraz zastosowanie. Aluminium i jego własności. Stopy aluminium i ich podział ze względu na skład chemiczny oraz zastosowanie (siluminy i ich modyfikacja, duraluminium i jego obróbka cieplna utwardzanie wydzieleniowe stopów aluminium). Stopy łożyskowe, stopy lutownicze i niskotopliwe, metale szlachetne. Nowoczesne materiały narzędziowe Spiekane stale szybkotnące. Obróbka cieplna stali szybkotnących. Narzędziowe węgliki spiekane i cermetale, Ceramika narzędziowa (tlenkowa, azotkowa). Stale żarowytrzymałe i żaroodporne. 4 / 7
Wymagania stawiane stalom żarowytrzymałym i żaroodpornym. Wpływ pierwiastków stopowych na własności stali żarowytrzymałych i żaroodpornch. Stale dla energetyki konwencjonalnej. Modyfikacja mikrostruktury i własności poprzez obróbkę cieplno-chemiczna, cieplno-mechaniczną (cz. I) Omówienie podstawowych technologii obróbki cieplno-chemicznej (nawęglanie, azotowanie, chromowanie, aluminiowanie). Metody wytwarzania warstw i powłok CVD, PVD. Modyfikacja mikrostruktury i własności poprzez obróbkę cieplno-chemiczna, cieplno-mechaniczną (cz. II) Rola warstw wierzchnich w modyfikacji własności mechanicznych, fizycznych i chemicznych Rodzaje obróbki cieplno-mechanicznej i jej wpływ na kształtowanie mikrostruktury i właściwości mechanicznych. Klasyfikacja i identyfikacja tworzyw sztucznych Struktura polimerów, polimeryzacja. Polimery termoplastyczne i termoutwardzalne. Elastomery. Własności polimerów. Ćwiczenia laboratoryjne Analiza wpływu stopnia odkształcenia na zimno na umocnienia stali oraz wielkość ziarna po rekrystalizacji Badanie wpływu stopnia odkształcenia plastycznego na własności mechaniczne (pomiar twardości). Wyznaczanie temperatury rekrystalizacji. Badanie wpływu stopnia odkształcenia plastycznego na wielkość ziarna po rekrystalizacji. Technologiczne znaczenie procesu zgniotu i rekrystalizacji. Rozrost ziarna. Wpływ wielkości ziarna na własności materiałów metalicznych. Analiza termiczna i dylatometryczna Wykonanie krzywej dylatometrycznej dla wybranej stali. Metody wykonywania analizy termicznej stopów. Metoda dylatometryczna badań przemian fazowych. Wpływ przemian fazowych w czystym żelazie i stopach żelaza z węglem na krzywe dylatometryczne (austenityczna, perlityczna, bainityczna i martenzytyczna). Analiza krzywych dylatometrycznych dla stali podeutektoidalnej, eutektoidalnej i nadeutektoidalnej. Mikrostruktura i własności mechaniczne stali węglowych, stopowych i żeliw Mikroskop metalograficzny (budowa, zdolność rozdzielcza), mikroskopowe metody badania mikrostruktury metali. Analiza za pomocą mikroskopu świetlnego mikrostruktury stali w stanie wyżarzonym. Mikrostruktury stali po hartowaniu i odpuszczaniu.. Związki między strukturą a własnościami stali. Obserwacja mikrostruktury surówek i żeliw, zastosowanie, własności sposób otrzymywania.. Analiza mikrostruktury wybranych stali stopowych na przykładzie stali nierdzewnych martenzytycznych, ferrytycznych, austenitycznych. Rodzaje korozji (korozja międzykrystaliczna). Wpływ przemian fazowych zachodzących podczas obróbki cieplnej na własności mechaniczne i mikrostrukturę. Definicja i klasyfikacja procesów obróbki cieplnej (klasyfikacja procesów wyżarzania, hartowania i odpuszczania). Obserwacja morfologii martenzytu w stalach. Mikrostruktury stali po odpuszczaniu. Określenie własności stali po hartowaniu i odpuszczaniu. Zależność między mikrostrukturą po odpuszczaniu a własnościami mechanicznymi. Mikrostruktury i własności wybranych stopów metali nieżelaznych Badanie mikrostruktury wybranych stopów metali nieżelaznych. Wpływ składu 5 / 7
fazowego na własności mechaniczne wybranych stopów. Sposób obliczania oceny końcowej Średnia ważona: 0.2 ocena z ćwiczeń audytoryjnych + 0.2 ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 0.6 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.Staub F. (red.) Metaloznawstwo, Śląskie Wydawnictwo Naukowe, Katowice 1994 2.Prowans S., Struktura stopów, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2000 3.Blicharski M., Inżynieria materiałowa- Stal, Wyd. Naukowo Techniczne Warszawa, 2004, 4.Blicharski M. Wstęp do inżynierii materiałowej, Wyd. Naukowo Techniczne Warszawa, 1998, 5.M. Blicharski Odkształcenie i pękanie, AGH Uczelniane Wyd. Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002 6.Grabski M.W. Kozubowski J.A., Inżynieria materiałowa, Oficyna Wyd. Pol. Warszawskiej 2003 7.Dobrzański L., Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach, WNT Warszawa 1996 8.Kaczyński J. Prowans S. Podstawy teoretyczne metaloznawstwa, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1972 9.Przybyłowicz K, Blicharski M., Odkształcenie i pękanie. UWM-D, Kraków 2002 10.Ashby M.F., Jones D.R.H., Materiały inżynierskie. WNT, Warszawa 1995 (cz. I) 1996 (cz. II) 11.Pacyna J., (Red.), Ćwiczenia z materiałów metalicznych, Wyd. WMiIM, Kraków 2003 12.K. Przybyłowicz Metaloznawstwo WNT 2007 13.Wysiecki M., Nowoczesne materiały narzędziowe, WNT Warszawa 1997, 14.Burakowski T, Wierzchoń T, Inżynieria powierzchni metali, WNT Warszawa 1995 15.Ciaś A., Frydrych H., Pieczonka T, Zarys metalurgii proszków, Wyd. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1992 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu http://www.bpp.agh.edu.pl/ Informacje dodatkowe Brak 6 / 7
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 15 godz 20 godz 3 godz 28 godz 28 godz 14 godz 20 godz 128 godz 5 ECTS 7 / 7