Γενική παρουσίαση. Η Φυσική Μεταλλουργία είναι ένα υποχρεωτικό μάθημα στο 2ο έτος (4ο εξάμηνο) του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών. Θα ξεκινήσετε με την εξερεύνηση της δομής των μετάλλων, του τρόπου δηλαδή που τα άτομα των μετάλλων συντάσσονται στο χώρο, σχηματίζοντας κρυσταλλικές δομές. Θα δείτε στη συνέχεια πως για να πετύχουμε συγκεκριμένες ιδιότητες, πρέπει να μεταβάλλουμε την δομή των μετάλλων. Οι μετασχηματισμοί της δομής διέπονται από τους νόμους της θερμοδυναμικής και της κινητικής. Έτσι θα μας απασχολήσουν δύο σημαντικά θέματα: το ένα αφορά στα διαγράμματα ισορροπίας των φάσεων (θερμοδυναμική) και το δεύτερο στη διάχυση (κινητική). Θα εφαρμόσετε τις θεμελιώδεις αυτές γνώσεις σε δύο πολύ σημαντικά κραματικά συστήματα για την μηχανολογία, στους χάλυβες (κράματα Fe-C) και τα κράματα αλουμινίου. Θα κατανοήσετε τις νέες για σας έννοιες με την εκπόνηση ασκήσεων (7 σειρές). Επίσης θα έχετε την δυνατότητα να επεξεργαστείτε τα σημαντικότερα θέματα στο εργαστήριο (5 εργαστήρια), όπου και θα εκπονήσετε την εργαστηριακή σας άσκηση. Για να ολοκληρώσετε επιτυχώς το μάθημα (αυτό σημαίνει ότι θα επιτύχετε τους στόχους που περιγράφονται πιο κάτω) πρέπει να αφιερώσετε τουλάχιστον περί τις 130 ώρες (βλ. φόρτος πιο κάτω).

Εκπαιδευτικοί στόχοι: Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος θα έχετε κατακτήσει τους εξής γενικούς και ειδικούς στόχους

Γενικοί στόχοι

• Θα κατανοείτε ομοιότητες και διαφορές μεταξύ των δομών των διαφορετικών μετάλλων και κραμάτων
• Θα κατανοείτε τον τρόπο με τον οποίο θα μπορείτε να προβλέπετε την δυνατότητα πραγματοποίησης μιας αλλαγής της δομής με την βοήθεια της θερμοδυναμικής
• Θα κατανοείτε τις θερμοδυναμικές αρχές στις οποίες βασίζονται τα διαγράμματα φάσεων και κυρίως την ελεύθερη ενέργεια Gibbs
• Θα κατανοείτε ότι για την πραγματοποίηση μιας μεταβολής της δομής, εκτός από την θερμοδυναμική απαιτείται και η κινητική, και ειδικότερα η μεταφορά μάζας μέσα στα υλικά, δηλαδή η διάχυση
• Στο εργαστήριο θα μπορείτε να αναγνωρίζετε την μικροδομή των κυριοτέρων κραμάτων με την τεχνική της μεταλλογραφίας και να πραγματοποιείτε θερμικές κατεργασίες και σκληρομετρήσεις
• Θα μπορείτε να συγγράφετε τεχνικές εκθέσεις, με πρώτη την Έκθεση Εργαστηριακής Άσκησης του μαθήματος

Ειδικοί στόχοι

• Θα μπορείτε να περιγράφετε τις βασικές κρυσταλλικές δομές και τα χαρακτηριστικά τους και τον ρόλο που παίζει η κρυσταλλική δομή των μετάλλων στις ιδιότητές τους.
• Θα μπορείτε να χρησιμοποιείτε τα διαγράμματα φάσεων για να υπολογίζετε τα ποσοστά των φάσεων καθώς και τις συστάσεις των φάσεων από τις οποίες αποτελείται ένα κράμα
• Θα μπορείτε, με την εφαρμογή του νόμου του Fick, να υπολογίζετε χρόνο και το βάθος διάχυσης ενός κραματικού στοιχείου
• Θα μπορείτε με την εφαρμογή των διαγραμμάτων IT και CCT να προβλέπετε την τελική μικροδομή κατά τις θερμικές κατεργασίες των χαλύβων
• Θα κατανοείτε την ισχυροποίηση που προκύπτει από την βαφή των χαλύβων (απότομη ψύξη).
• Θα μπορείτε να προβλέπετε τον ρόλο των κραματικών στοιχείων στους χάλυβες
• Θα μπορείτε να διακρίνετε ανάμεσα στις σειρές των κραμάτων αλουμινίου, καθώς και να διακρίνετε ανάμεσα στα εργοσκληρυνόμενα και θερμοσκληρυνόμενα κράματα
• Θα κατανοείτε την ισχυροποίηση που προκύπτει από την τεχνητή γήρανση των κραμάτων αλουμινίου

Το μάθημα περιλαμβάνει διαλέξεις, ασκήσεις, εργαστήρια και εκπαιδευτικές επισκέψεις
Διασικασίες

Κατευθύνσεις:       Κατεύθυνση Α:  Παρακολούθηση Εργαστηρίων, Συγγραφή Έκθεσης Εργαστηρίου και  Εξετάσεις Εργαστηρίου

                                    Κατεύθυνση Β:  Συγγραφή Συνθετικής Εργασίας

Πρόοδος (Π): Την 7η εβδομάδα θα πραγματοποιηθεί εξέταση προόδου στην ύλη Δομή-Διαγράμματα φάσεων – διάχυση.

Έκθεση Εργαστηρίου : Ο κάθε φοιτητής θα προετοιμάσει Έκθεση Εργαστηρίου με τις πειραματικές διαδικασίες των εργαστηρίων. Θα πρέπει να αποτυπώνει με σαφήνεια το τι έγινε στα εργαστήρια A, B και  C. Οι εκθέσεις παραδίδονται στις εξετάσεις του εργαστηρίου. Εάν κάποιος φοιτητής απουσιάσει σε πάνω από 1 (ένα) εργαστήριο και δεν το αναπληρώσει πηγαίνοντας σε μία άλλη ομάδα, τότε δεν μπορεί να παραδώσει Έκθεση Εργαστηρίου. Επιτρέπεται μόνο μία δικαιολογημένη αναπλήρωση εργαστηρίου στη διάρκεια του εξαμήνου.

Συνθετική Εργασία:  Ανατίθεται τις πρώτες 2-3 εβδομάδες και παραδίδεται την τελευταία εβδομάδα των μαθημάτων.

Ασκήσεις (Α): Παραδίδονται σε συγκεκριμένες ημερομηνίες. Οι ασκήσεις είναι υποχρεωτικές. Όλες οι σειρές (Α1 έως Α7) είναι αναρτημένες στην ιστοσελίδα του μαθήματος.

Τελική εξέταση: Διενεργείται την περίοδο των εξετάσεων εφ’ όλης της ύλης του μαθήματος. Προϋπόθεση για την βαθμολόγηση του γραπτού είναι η εμπρόθεσμη παράδοση των ασκήσεων και των εκθέσεων Εργαστηρίου ή Συνθετικής Εργασίας.

Τελικός βαθμός:       Κατεύθυνση Α: Ασκήσεις (5%) + Εκθέσεις Εργαστηρίου (25%) + Πρόοδος (10%) +  Τελική  Εξέταση (60%)

                                    Κατεύθυνση Β: Ασκήσεις (5%) + Συνθετική Εργασία (10%) + Πρόοδος (10%) + 

 Τελική Εξέταση (75%)

Οι βαθμοί των ασκήσεων, των εκθέσεων εργαστηρίου ή συνθετικής εργασίας και της προόδου συμμετέχουν στην διαμόρφωση του τελικού βαθμού μόνον στις εξετάσεις Ιουνίου/ Σεπτεμβρίου για μια μόνο φορά.

• Γ . Χαϊδεμενόπουλος, Φυσική Μεταλλουργία, Εκδόσεις Τζιόλα, 2007
• ASM Handbook 9th edition, Vol.1-20, ASM International, 1992
• D.A. Porter and K.E. Easterling, Transformations in Metals and Alloys, Van Nostrand Reinhold, 1983
• R.E. Reed-Hill, Physical Metallurgy Principles, Brooks/Cole Engineering Division, 1973
• P. Haasen, Physical Metallurgy, Cambridge University Press, 1978
• R.W. Cahn and P. Haasen, Physical Metallurgy, Elsevier Science Publishers,1983
• A.K. Shinha, Physical Metallurgy Handbook,McGraw Hill, 2003
• J.K. Wessel, The Hanbook of Advanced Materials,Wiley Interscience, 2004.

Παρακολούθηση

Εκπόνηση