Faglig innhold

Emnet omfatter det teoretiske grunnlaget for forståelse av fasetransformasjoner i metaller samt modeller og metoder for en matematisk og numerisk beskrivelse av noen teknologiske viktige fasetransformasjoner i metaller (med hovedvekt på aluminium) som er bestemmende for utvikling av mikrostruktur og egenskaper under støping og 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) kinetikk, 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 data og modeller for å beregne og analysere enkle fasediagrammer, herunder 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) av kinetikk og mikrostrukturutvikling ved isoterm så vel som ikke-isoterm termisk prosessering . - Analysere og beskrive hvordan legeringsammensetning og varmebehandlingsprosedyrer påvirker vekst og oppløsning av partikler i binære-/kvasibinære legeringer under isotermo og ikke-isoterme varmebehandlingsprosedyrer, herunder det teoretiske grunnlaget for og bruk av iso-kinetiske løsninger. - Analysere og diskutere begrensninger og gyldighet i relevante teoretiske modeller for 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, mini-beregningsoppgaver samt 3 modelleringsprosjekter med innlevering av skriftlig rapport (Power Point presentasjon), fremføring i plenum og individuell utspørring. Beregningsoppgavene og modelleringsprosjektene danner grunnlag for sluttkarakteren i emnet. Total arbeidsmengde (programmert undervisning og egenarbeid) er estimert til ca 200 timer.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

Grunnleggende kunnskaper i materialteknologi er nødvendig, f.eks. eksamen i emnene TMT4171 Innføring i Materialteknologi og TMT4178 Anvendt Materialteknologi eller TMT4185 Materialteknologi eller tilsvarende forkunnskaper som av faglærer vurderes tilstrekkelige til å følge kurset. Videre forutsettes grunnleggende kunnskap om termodynamikk og fasediagram. Kurset vil omfatte 3-4 mini modelleringsprosjekt som forutsetter/krever fortrolighet med numeriske metoder samt implementering av matematiske/numeriske modeller i Python eller tilsvarende.

Kursmateriell

Utdrag fra D.A. Porter and K.E. Easterling, Phase Transformations in Metals and Alloys. Utvalgte og relevante vitenskapelige artikler. I tillegg vil forelesningsnotater bli lagt ut på nett.