Emne - Modellering av fasetransformasjoner - TMT4260
Modellering av fasetransformasjoner
Om
Om emnet
Faglig innhold
Emnet omfatter det teoretiske grunnlaget for forståelse av fasetransformasjoner i metaller samt modeller og metoder for en matematisk og numerisk beskrivelse av (utvalgte) teknologiske viktige fasetransformasjoner i metaller (med hovedvekt på aluminium og stål) som er bestemmende for utvikling av mikrostruktur og egenskaper under (hovedsakelig) termisk bearbeiding (varmebehandling/sveising). Etter en kort beskrivelse av det termodynamiske grunnlaget for fasetransformasjoner, basert på en fortolkning av enkle binære fasediagrammer, gjennomgås den atomære og matematiske beskrivelsen av diffusjon og geometriske og strukturelle aspekter ved fasegrenser. Deretter gjennomgås i større detalj fasetransformasjoner ved kimdanning og vekst: størkning ved homogen og heterogen nukleasjon, presipitering, vekst og oppløsing av partikler i fast fase, rekrystallisasjon, og kornvekst, herunder Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) kinetik, samt forutsetninger for og beskrivelse av additivitet og iso-kinetiske reaksjoner. Temaene vil bli presentert og analysert v.hj. av relevante matematiske/numeriske modeller som studentene selv skal implementere og anvende/utforske gjennom 3-4 relevante miniprosjekter.
Læringsutbytte
Etter avsluttet kurs skal studenten kunne:
- Forstå og kunne bruke enkle binære fasediagrammer.
- Kunne bruke enkle termodynamiske modeller basert på løslighetsproduktet til å beregne stabile og metastabile solvuskurver.
- Gjøre rede for den atomære og matematiske beskrivelsen av diffusjon samt kunne nyttegjøre seg dette for å gjøre analytiske og numeriske beregninger knyttet til utvalgte diffusjonsproblemer.
- Beskrive geometriske og strukturelle forhold ved fasegrenser og forklare hvordan disse forhold relaterer til grenseflate-energi og mobilititet.
- Beskrive det teoretiske grunnlaget for, kunne formulere matematisk og anvende klassiske modeller for fasetransformasjoner ved kimdanning og vekst, herunder homogen/heterogen størkning, presipitering, vekst og oppløsning av partikler, rekrystallisasjon og, kornvekst, og kunne nyttegjøre seg dette for å gjennomføre relevante kvantitative beregninger (analytisk og/eller numeriske) for kinetikk og mikrostruktur ved isoterme så vel som ikke-isoterme termisk prosessering .
- Analysere og beskrive hvordan legeringsammensetning og varmebehandlingsprosedyrer påvirker presipitering og utherding i utherdbare legeringer, herunder vekst og forgrovning av presipitater og forklare hvordan dette relaterer til mekaniske egenskaper.
- Analysere og diskutere begrensninger og gyldighet i relevante teoretiske modeller ved anvendelse i det praktiske liv og under industrielle prosessbetingelser.
- Vurdere og foreslå egnede varmebehandlingsprosedyrer for å oppnå ønskede mikrostrukturelle forhold og egenskaper ved termomekanisk bearbeiding og sveising av utvalgte materialer for strukturelle anvendelser.
Læringsformer og aktiviteter
Forelesninger, regneøvinger samt 3-4 mini- modelleringsprosjekter med innlevering av skriftlig rapport, fremføring i plenum og individuell utspørring. Sistnevnte er obligatorisk aktiviteter som også vil danne grunnlag for karakteren i emnet.
Anbefalte forkunnskaper
Forutsetter grunnleggende kunnskaper i materialteknologi, f.eks. eksamen i emnene TMT4171 Materialteknologi 1 og TMT4176 Materialteknologi 2 eller TMT4185 Materialteknologi eller tilsvarende forkunnskaper som av faglærer vurderes tilstrekkelige til å følge kurset. Kurset vil omfatte 3-4 mini modelleringsprosjekt som forutsetter en viss fortrolighet med numeriske metoder samt implementering av matematiske/numeriske modeller i Excel og/eller Matlab eller tilsvarende.
Kursmateriell
D.A. Porter and K.E. Easterling: Phase Transformations in Metals and Alloys, samt utdrag fra Ø. Grong: Metallurgical Modelling of Welding, Second Edition. I tillegg vil forelesningsnotater bli lagt ut på nett.
Fagområder
- Fysikalsk metallurgi
- Materialteknologi
- Teknologiske fag