Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Przemiany fazowe w metalach i stopach
Course of study:
2017/2018
Code:
MME-2-204-MO-s
Faculty of:
Metals Engineering and Industrial Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Physical Metallurgy and Heat Treatment
Field of study:
Metallurgy
Semester:
2
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:
Rakoczy Łukasz (lrakoczy@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Zielińska-Lipiec Anna (alipiec@agh.edu.pl)
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
dr inż. Pańcikiewicz Krzysztof (krzysztof.pancikiewicz@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 określić wpływ przechłodzenia na własności metali i stopów ME2A_U08, ME2A_U09, ME2A_U13, ME2A_U18 Completion of laboratory classes
M_U002 Potrafi wykorzystać dane eksperymentalne do wyznaczania parametrów kinetyki przemian fazowych ME2A_U08, ME2A_U03, ME2A_U09, ME2A_U13, ME2A_U10, ME2A_U16, ME2A_U18 Completion of laboratory classes
M_U003 Potrafi skorelować wyniki badań eksperymentalnych z przemianami fazowymi zachodzącymi podczas obróbki cieplnej stopu ME2A_U03, ME2A_U09, ME2A_U13, ME2A_U04, ME2A_U18 Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie wpływ temperatury i czasu na prędkość przemian fazowych ME2A_W07 Examination,
Test
M_W002 Rozumie istotę i mechanizm podstawowych przemian fazowych ME2A_W07, ME2A_W11 Examination,
Test
M_W003 Zna termodynamiczne warunki zajścia różnych przemian fazowych oraz ich klasyfikację ME2A_W07 Examination
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 określić wpływ przechłodzenia na własności metali i stopów + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystać dane eksperymentalne do wyznaczania parametrów kinetyki przemian fazowych - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi skorelować wyniki badań eksperymentalnych z przemianami fazowymi zachodzącymi podczas obróbki cieplnej stopu + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie wpływ temperatury i czasu na prędkość przemian fazowych + - + - - - - - - - -
M_W002 Rozumie istotę i mechanizm podstawowych przemian fazowych + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna termodynamiczne warunki zajścia różnych przemian fazowych oraz ich klasyfikację + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Klasyfikacja przemian fazowych.

    Podział i przykłady różnych przemian fazowych. Różnice pomiędzy termodynamiką a kinetyką przemian fazowych.

  2. Prędkość przemian fazowych.

    Definicja siły pędnej, prędkości i energii aktywacji przemiany. Zmiana entalpii/energii swobodnej podczas przemian fazowych. Sposoby określenia prędkości przemian fazowych.

  3. Strumień atomów.

    Wyprowadzenie równania na strumień atomów przez powierzchnię międzyfazową. Zasada maksymalnej prędkości przemiany.

  4. Dyfuzja w ciałach stałych.

    I i II prawo Ficka. Współczynnik dyfuzji. Rozwiązanie II prawa Ficka dla nieskończonej i półnieskończonej pary dyfuzyjnej. Zasięg dyfuzji. Efekt Kirkendalla. Dyfuzja wzajemna w układach podwójnych.

  5. Zarodkowanie homogeniczne kryształów w cieczy.

    Zmiana energii swobodnej związana z utworzeniem zarodka. Wyprowadzanie równań na promień krytyczny zarodka i pracę zarodkowania homogenicznego.

  6. Zarodkowanie heterogeniczne.

    Różnice między zarodkowaniem homogenicznym i heterogenicznym. Wyprowadzanie równań na promień krytyczny zarodka i pracę zarodkowania heterogenicznego. Zarodkowanie w stanie stałym.

  7. Krzepnięcie czystych metali.

    Krzepnięcie czystych metali w warunkach dodatniego lub ujemnego gradientu temperatury w cieczy. Prędkość wzrostu dendrytów. Cechy wzrostu dendrytycznego. Wpływ promienia zaokrąglenia końcówki dendrytu na prędkość wzrostu dendrytu.

  8. Krzepnięcie stopów.

    Krzepnięcie równowagowe i nierównowagowe stopów. Współczynnik rozdziału domieszki. Krzepnięcie roztworów w warunkach braku dyfuzji w stanie stałym i dyfuzyjnym lub konwekcyjnym rozprowadzaniu domieszki w cieczy. Rafinacja strefowa.

  9. Przechłodzenie stężeniowe. Krzepnięcie eutektyk.

    Warunek stabilności frontu krystalizacji podczas krzepnięcia. Wzrost komórkowy i komórkowo-dendrytyczny. Struktura odlewu.
    Mechanizm przemiany eutektycznej. Prędkość wzrostu eutektyki. Krytyczna odległość międzypłytkowa.

  10. Równanie Johnsona-Mehla.

    Wyprowadzenie równania Johnsona-Mehla. Wyznaczanie wykładnika potęgowego, energii aktywacji przemiany i stałej prędkości przemiany z równania Johnsona-Mehla. Adaptacja równania Johnsona-Mehla do warunków nieizotermicznych.

  11. Przemiany fazowe w stanie stałym w pobliżu równowagi.

    Wydzielanie ferrytu z austenitu. Kinetyka wzrostu ferrytu ziarnistego i płytkowego. Przemiana perlityczna. Mechanizm i kinetyka przemiany perlitycznej. Wpływ przechłodzenia na odległość międzypłytkową i własności mechaniczne perlitu. Struktura pasmowa w stalach ferrytyczno-perlitycznych.

  12. Wydzielanie z przesyconych roztworów stałych.

    Klasyfikacja procesów wydzielania. Wpływ stopnia dyspersji wydzieleń na własności stopu. Umacnianie wydzieleniowe duraluminium. Strefy wolne od wydzieleń. Rozpad spinodalny. Mechanizm i kinetyka wydzielenia komórkowego.

  13. Koagulacja wydzieleń.

    Siła pędna procesu koagulacji. Wzrost wydzieleń kontrolowany dyfuzją. Koagulacja wydzieleń kontrolowana ruchliwością powierzchni międzyfazowej. Wykorzystanie znajomości mechanizmu koagulacji do projektowania stopów żarowytrzymałych.

  14. Termodynamika i kinetyka przemiany masywnej.

    Termodynamiczne aspekty warunkujące możliwość zajścia przemiany masywnej. Wykresy zamrażania. Kinetyka krystalizacji szkieł metalicznych.

Laboratory classes:
  1. Strumień atomów.

    Zmiana energii wewnętrznej / energii swobodnej na drodze przemiany. Wpływ przechłodzenia na strumień atomów. Przykłady procesów, w których strumień atomów nie zależy od przechłodzenia. Obliczanie stosunku strumieni atomów przy różnych temperaturach podczas rekrystalizacji Cu.

  2. Prawa Ficka.

    Mechanizmy dyfuzji w ciałach stałych. Obliczanie strumienia dyfuzji z I prawa Ficka. Obliczanie współczynnika samodyfuzji, dyfuzji i energii aktywacji dyfuzji węgla z równania
    Arrheniusa. Profil stężenia składników podczas wyżarzania nieskończonej pary dyfuzyjnej dla składników wykazujących nieograniczoną rozpuszczalność (Au-Ag).

  3. Wykorzystanie II prawa Ficka do obliczeń inżynierskich.

    Zasięg dyfuzji. Obliczanie grubości warstwy nawęglonej podczas nawęglania stali. Obliczanie czasu nawęglania niezbędnego do osiągnięcia wymaganej grubości warstwy nawęglonej. Pomiary grubości warstwy nawęglonej.

  4. Zanik periodycznej fali stężenia – proces homogenizacji.

    Wykorzystanie rozwiązania II prawa Ficka do opisu segregacji po krzepnięciu nierównowagowym. Obliczanie czasu wyżarzania homogenizującego wymaganego do wyrównania składu chemicznego stopu.

  5. Zarodkowanie homogeniczne kryształów w cieczy.

    Obliczanie siły pędnej procesu krzepnięcia. Obliczanie promienia krytycznego zarodka i pracy zarodkowania homogenicznego kryształów z cieczy. Obliczenie przechłodzenia wymaganego do zapoczątkowania zarodkowania homogenicznego.

  6. Zarodkowanie heterogeniczne kryształów w cieczy.

    Obliczanie promienia krytycznego zarodka i pracy zarodkowania podczas zarodkowania heterogenicznego kryształów w cieczy (Ni). Porównanie wyników uzyskanych dla zarodkowania homogenicznego i heterogenicznego dla tego samego przechłodzenia.

  7. Krzepnięcie czystych metali.

    Omówienie krzepnięcia czystych metali w warunkach dodatniego i ujemnego gradientu temperatury w cieczy. Obliczenie wpływu wielkości przechłodzenia na maksymalną prędkość wzrostu dendrytów. Obserwacja frontu krystalizacji podczas krzepnięcia cykloheksanolu.

  8. Krzepnięcie stopów.

    Omówienie krzepnięcia równowagowego stopów z układów o nieograniczonej i ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym. Omówienie krzepnięcia nierównowagowego w warunkach braku dyfuzji w stanie stałym i dyfuzyjnym/konwekcyjnym rozprowadzania domieszki w cieczy. Obliczanie ułamka wagowego eutektyki w mikrostrukturze po krzepnięciu nierównowagowym. Obserwacja struktury pierwotnej.

  9. Równanie Johnsona-Mehla.

    Przemiany izokinetyczne. Określenie energii aktywacji przemiany z równania Johnsona-Mehla przy znanych czasach do uzyskania danego ułamka przemiany przy dwóch temperaturach. Wpływ zarodkowania na ułamek przemiany fazowej.

  10. Wykorzystanie równania Johnsona-Mehla do opisu kinetyki przemiany fazowej.

    Obliczanie stałej prędkości przemiany i wykładnika potęgowego z równania Johnsona-Mehla przy znanych czasach uzyskania danego ułamka przemiany przy różnych temperaturach na przykładzie izotermicznego rozpadu austenitu. Obliczanie czasu do zakończenia przemiany na podstawie wyznaczonych stałych prędkości i energii aktywacji przemiany.

  11. Przemiana perlityczna.

    Omówienie mechanizmu przemiany perlitycznej w stalach. Pomiar odległości międzypłytkowych w stali perlitycznej dla różnego stopnia przechłodzenia i interpretacja otrzymanych wyników. Omówienie przyczyn występowania struktury pasmowej w stalach
    ferrytyczno-perlitycznych.

  12. Wydzielanie ciągłe z przesyconych roztworów stałych.

    Rozpad przesyconych roztworów stałych, kinetyka starzenia duraluminium i stali maraging. Omówienie roli wakancji w przemianach fazowym na przykładzie starzenia duraluminium.
    Omówienie rozpadu spinodalnego na podstawie układu Al-Zn. Przykłady zmian mikrostruktury po różnych etapach procesu starzenia.

  13. Wydzielanie nieciągłe z przesyconych roztworów stałych.

    Różnice między wydzielaniem ciągłym i nieciągłym. Omówienie zarodkowania w procesie wydzielania nieciągłego oraz kinetyka wzrostu kolonii. Przykłady wydzielania nieciągłego w stopach.

  14. Wykresy CTPi i CTPc.

    Analiza dylatometryczna postępu przemiany, zasady konstrukcji wykresów CTPi i CTPc.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 146 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Preparation for classes 30 h
Participation in laboratory classes 28 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 30 h
Participation in lectures 28 h
Realization of independently performed tasks 27 h
Examination or Final test 3 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Średnia ważona: 0.4*ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 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, Przemiany Fazowe w Metalach i Stopach, Wydawnictwo AGH, Kraków 1988.
2. Z. Kędzierski, Przemiany Fazowe w Układach Skondensowanych, Wydawnictwa Naukowo-
Dydaktyczne, AGH Kraków 2003.
3. D.A. Porter, K.E. Easterling, M.Y. Sherif, Phase Transformations in Metals and Alloys. CRC Press 2009.

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

T. Kozieł, J. Latuch, A. Zielińska-Lipiec A, Kompozyty amorficzno-krystaliczne otrzymywane w wyniku podziału w stanie ciekłym, XL Szkoła Inżynierii Materiałowej: Kraków, 24–27 IX 2012: monografia ,2012, S. 299–302.

Panait C.G., Zielińska-Lipiec A. Kozieł T., Czyrska-Filemonowicz A., Gourges-Lorenzon A-F, Bendick W., “ Evolution of dislocation density, size of subgrais and MX-type precipitates in a P91 steel during creep and during thermal ageing at 600°C for more then 100,000h”, Materials Science and Engineering, A527 (2010) 4062-4069,

A. Zielinska-Lipiec, T. Kozieł, A. Czyrska-Filemonowicz – TEM study of secondary precipitates influencing creep strength of martenistic VM12 steel. Microscopy Conference in Graz, Austria : 30 August–4 September 2009, 225-226

W.J Kaluba, T Kaluba, A. Zielińska-Lipiec: Morphological evolutions in steels during continuous rapid heating, Materials Science Forum, 539–543 (2007) 4669–4674

Additional information:

None