Osnove fizikalne metalurgije

Splošen opis:

Študent pridobi znanje s področja fizikalnih osnov metalurgije in fizikalnometalurških faktorjev, kar mu omogoča jasno pojmovanje konstitucije in mikrostrukture kovin in zlitin. Pridobi podlago za razumevanje in spoznavanje narave procesov strjevanja v kovinskih materialih tudi v realnih pogojih, pri prehodu tekoče-trdno in pri premenah v trdnem stanju. Študent zna uporabiti osnovne metode za metalografsko analizo in se usposobi za analizo in interpretacijo opazovanih mikrostrukturnih konstituentov in napak.

Cilji in kompetence:

Cilji: seznanitev in razumevanje fizikalnih osnov metalurgije in fizikalno-metalurških faktorjev, kar omogoča jasno pojmovanje konstitucije in mikrostrukture kovin in zlitin. Pridobijo se osnove za razumevanje in spoznavanje narave procesov strjevanja v kovinskih materialih tudi v realnih pogojih, pri prehodu tekoče/trdno in pri premenah v trdnem stanju. Seznanitev z osnovnimi metodami metalografske analize. Seznanitev z načinom in delom v okviru projektno-raziskovalnega dela.

Kompetence: usposobitev za analizo in interpretacijo opazovanih mikrostrukturnih konstituentov in napak ter splošno razumevanje njihovega vpliva na lastnosti kovinskih materialov.

Znanje in razumevanje:

Osnovni strukturni tipi kovin, osnovni pojmi strukture in mikrostrukture. Vpliv posameznih fizikalno-metalurških dejavnikov na mikrostrukturo. Trdne raztopine. Osnovne značilnosti strjevanja in zlitinskih sistemov. Spoznanje povezave medsebojnega vpliva mikrostrukture in mehanskih
lastnosti. Pri študiju in preučevanju strukture in mikrostrukture kovinskih materialov ter povezovanje tega z lastnostmi. Spoznavanje s tujo literaturo in načini iskanja le-te. Izdelava pisnih poročil in javna predstavitev. Sinteza osvojenega znanja pri praktičnih aplikacijah materialov in njihovi izdelavi. Poznavanje dela na projektno-raziskovalnem področju.

Vsebina:

Fizikalne osnove metalografije. Kristalna zgradba kovinskih materialov. Kristalne strukture. Zapolnitev in prazni prostor. Alotropija in polimorfizem. Geometrija osnovne celice. Realna zgradba kovinskih materialov in pojem mikrostrukture. Napake v kristalni mreži: točkaste, linijske in ploskovne. Velikokotne in malokotne meje, skladnost mej, dvojčične meje. Velikost, oblika in orientiranost kristalnih zrn. Trdne raztopine. Kriteriji topnosti. Izločanje iz trdnih raztopin, urejevanje trdnih raztopin. Amorfno stanje kovinskih materialov. Termično aktivirni procesi. Difuzija. Fizikalno-metalurška obravnava procesov strjevanja. Amorfno (nekristalno) strjevanje. Strjevanje s kristalizacijo. Termodinamične osnove kristalizacije. Homogena in heterogena tvorba kali. Oplemenitenje in cepljenje kovinskih talin. Rast kovinskih kristalov. Mehanizmi rasti. Realna rast kristalov in kristalitov. Rast z dislokacijami in rast z dvojčki (TPRE-mehanizem). Vrsta rasti, noša in habitus kristalov. Oblika rasti. Enovita kristalizacija. Usmerjeno strjevanje. Značilnosti realne kristalizacije. Fizikalno-metalurške osnove mehanskih, magnetnih in električnih lastnosti kovin in zlitin. Osnovni pojmi elastične deformacije kovinskih kristalov. Osnovni mehanizmi plastičnega preoblikovanja kristalov čistih kovin. Kritična strižna napetost za plastično deformacijo, drsni sistemi in Schmidov faktor. Dislokacijski mehanizmi plastične deformacije kristalov p.c.k. kovin. Deformacija z dvojčenjem. Dvojčični sistemi. Deformacija polikristalnih agregatov in teksture.Pristopi za izboljšanje mehanskih lastnosti. Nastanek prednostne usmeritve ali teksture pri deformaciji kovinskih kristalov. Poprava in rekristalizacija. Lezenje kovinskih materialov. Mehanizmi lezenja. Razdelitev lomov kovinskih materialov. Teorijska kohezijska trdnost. Griffithova teorija krhkega loma. Mehanizmi nastanka mikrorazpok. Prehod žilavega v krhki lom. Utrujanje materiala. Trajna nihajna trdnost. Električna prevodnost kovin in zlitin. Magnetne lastnosti materialov. Obnašanje magnetnih materialov v zunanjem magnetnem polju. Pomen in razumevanje magnetnih lastnosti materialov ter njihova sodobna uporaba. Razvoj obstoječih in novih magnetnih materialov v povezavi z zelenim prehodom. Spoznavanje s projektno-raziskovalnim delom (domači (ARRS) in evropski projekti (Horizon, ERA, EIT,…)

Metode poučevanja:

Predavanja, seminarji, raziskovalni seminarji, laboratorijske vaje, simulacije, nastopi, IKT metode poučevanja/spletne učilnice.

Način ocenjevanja:

Pisni izpit: 60 % ocene.

Ustni izpit: 40 % ocene.