Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Termodynamika stopów
Course of study:
2017/2018
Code:
MIM-2-103-IS-s
Faculty of:
Metals Engineering and Industrial Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Joining Engineering
Field of study:
Materials Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
dr inż. Ziewiec Aneta (aziewiec@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Skills
M_U001 Potrafi skonstruować dwuskładnikowy wykres fazowy w oparciu o dane termodynamiczne IM2A_U02, IM2A_U03 Test,
Examination
M_U002 Potrafi określić skład fazowy układu i zakres temperatur stabilności faz w stanie równowagi IM2A_U03 Examination,
Test
Knowledge
M_W001 Posiada encyklopedyczną wiedzę dotyczącą podstawowych funkcji i zasad termodynamiki IM2A_W09, IM2A_W03 Examination
M_W002 Potrafi zdefiniować warunki równowagi w układach jedno- i wieloskładnikowych IM2A_W09, IM2A_W03 Examination,
Test
M_W003 Zna termodynamiczne podstawy przemian fazowych IM2A_W01 Examination,
Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Skills
M_U001 Potrafi skonstruować dwuskładnikowy wykres fazowy w oparciu o dane termodynamiczne + + - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi określić skład fazowy układu i zakres temperatur stabilności faz w stanie równowagi + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Posiada encyklopedyczną wiedzę dotyczącą podstawowych funkcji i zasad termodynamiki + - - - - - - - - - -
M_W002 Potrafi zdefiniować warunki równowagi w układach jedno- i wieloskładnikowych + + - - - - - - - - -
M_W003 Zna termodynamiczne podstawy przemian fazowych + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Podstawowe funkcje termodynamiczne z uwzględnieniem specyfiki stanu stałego.

    Podstawowe pojęcia termodynamiczne: układ, równowaga, składnik, faza. Funkcje termodynamiczne: energia wewnętrzna, entalpia, entropia. I i II zasada termodynamiki. Wpływ temperatury na zmianę energii wewnętrznej/entalpii przy stałej objętości/ciśnieniu.

  2. Energia swobodna, entropia zmieszania, równowagowa koncentracja wakancji, segregacja równowagowa.

    Energia swobodna Gibbsa i Helmholtza. Wyprowadzenie równań opisujących entropię zmieszania i równowagową koncentrację wakancji. Wpływ obecności wakancji na równowagę w układzie jednoskładnikowym. Rola wakancji w przemianach fazowych.

  3. Równowaga w układach jednoskładnikowych.

    Wpływ zmiany temperatury i ciśnienia/objętości na zmianę energii swobodnej Gibbsa/Helmholtza. Warunek równowagi w układach jednoskładnikowych. Równanie Clausiusa-Clapeyrona. Wykresy fazowe dla układów jednoskładnikowych. Równowagowa prężność par na kryształem/cieczą.

  4. Równowaga w układach wieloskładnikowych.

    Cząstkowa molowa energia swobodna (potencjał chemiczny). Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Reguła faz Gibbsa. Potencjał chemiczny a prężność par nad roztworem.

  5. Termodynamika roztworów stałych.

    Rodzaje roztworów. Energia swobodna tworzenia roztworu. Ciepło (entalpia) tworzenia roztworu.

  6. Quasi-chemiczna teoria roztworów, zależność energii swobodnej od stężenia.

    Wyprowadzenie równania na energię swobodną roztworu. Wpływ stężenia na energię swobodną roztworu.

  7. Równowaga w układach dwuskładnikowych.

    Graficzne przedstawienie warunków równowagi w układzie dwuskładnikowych. Zmiana rozpuszczalności granicznej z temperaturą. Energia swobodna mieszaniny faz.

  8. Wpływ ciepła tworzenia roztworu na charakter wykresów fazowych.

    Wpływ ciepła tworzenia roztworu na kształt krzywych energii swobodnych roztworu stałego i ciekłego i na charakter wykresów fazowych (zerowe i dodatnie ciepło tworzenia roztowru). Wykresy fazowe z nieograniczoną/ograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym. Wykres fazowy z monotektyką.

  9. Wpływ ciepła tworzenia roztworu na charakter wykresów fazowych (ciąg dalszy).

    Wpływ ujemnego ciepła tworzenia roztworu na ewolucję wykresów fazowych. Quasi-chemiczna teoria uporządkowania. Wykresy fazowe z zakresem roztworu uporządkowanego.

  10. Termodynamika powierzchni międzyfazowych.

    Energia swobodna powierzchniowa. Natura energii swobodnej powierzchniowej. Praca zmiany pola powierzchni. Rodzaje powierzchni międzyfazowych. Zależność energii swobodnej powierzchniowej od temperatury i stężenia. Równanie Gibbsa-Thomsona. Przykłady procesów, w których zmiana energii swobodnej powierzchniowej jest dominującą siłą pędną.

  11. Wpływ energii swobodnej powierzchniowej na warunek równowagi.

    Warunek równowagi w układzie wieloskładnikowym po uwzględnieniu energii swobodnej powierzchniowej. Wpływ promienia krzywizny powierzchni międzyfazowej na równowagę w układzie dwuskładnikowym. Wpływ stopnia dyspersji wydzieleń na ich ułamek objętościowy.

  12. Fluktuacje stężenia w roztworach stałych.

    Zmiana energii swobodnej związana z powstaniem fluktuacji. Roztwory stabilne, niestabilne, metastabilne względem fluktuacji. Prawdopodobieństwo wystąpienia fluktuacji w w/w roztworach.

  13. Termodynamika procesu dyfuzji.

    Strumień atomów. Termodynamiczny warunek zajścia rozpadu spinodalnego. Ujemny współczynnik dyfuzji w roztworach niestabilnych.

  14. Wykorzystanie wykresów równowagi do interpretacji stanów metastabilnych.

    Termodynamiczny zakres eutektyczny. Temperatura T0 i termodynamiczny warunek zajścia przemiany masywnej.

Auditorium classes:
  1. Podstawowe funkcje termodynamiczne.

    Energia wewnętrzna, entalpia, entropia. Zależność E=f(T) przy V=const. H=f(T) przy p=const. Obliczanie zmiany entalpii układu w trakcie nagrzewania 1 mola substancji w zakresie temperatur.

  2. I i II zasada termodynamiki.

    Obliczanie zmian entropii układu. Obliczanie zmiany energii wewnętrznej z I zasady termodynamiki w układach jednoskładnikowych (Fe, Al, H2O). Zależność pomiędzy entalpią a energią wewnętrzną. Obliczanie zmian entropii układu.

  3. Energia swobodna.

    Energia swobodna jako kryterium równowagi układu nieizolowanego. Obliczanie zmian entropii układu i otoczenia podczas krzepnięcia nierównowagowego.

  4. Entropia zmieszania, równowagowa koncentracja wakancji.

    Obliczanie zmian entropii zmieszania w funkcji stężenia w układzie podwójnym. Obliczanie równowagowej koncentracji wakancji, energii aktywacji utworzenia wakancji oraz liczby wakancji w określonej objętości materiału.

  5. Równowaga w układach jednoskładnikowych.

    Warunek równowagi w układach jednoskładnikowych. Wykresy jednoskładnikowe dla wybranych układów jednoskładnikowych (Fe, H2O, CO2). Przemiany alotropowe w układach jednoskładnikowych.

  6. Równanie Clausiusa-Clapeyrona.

    Obliczanie wpływu zmiany temperatury/ciśnienia na równowagę w układzie jednoskładnikowym (Ni, Al, Sn). Obliczanie entalpii przemiany. Wpływ wzrostu ciśnienia na zakres stabilności faz.

  7. Układy wieloskładnikowe.

    Cząstkowa molowa energia swobodna. Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Obliczanie liczby stopni swobody w układach jedno- i wieloskładnikowych.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 85 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 28 h
Participation in auditorium classes 14 h
Preparation for classes 15 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Contact hours 6 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Średnia ważona: 0,4*ocena z ćwiczeń audytoryjnych + 0,6*ocena z egzaminu

Prerequisites and additional requirements:

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).

Recommended literature and teaching resources:

1. Z. Kędzierski, Termodynamika Stopów. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, AGH Kraków 1999.
2. D.R. Gaskell, Introduction to the Thermodynamics of Materials. Taylor and Francis Group, 2003.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

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. 767-771.
2. 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. 779-782.
3. 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-S125.
4. 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. 601- 605.
5. 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. 283-286.
6. 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. 200-204.

Additional information:

None