آموزش متالورژی فیزیکی ۱

درس خواص فیزیکی ۱ یا متالورژی فیزیکی ۱، یکی از دروس تخصصی رشته مهندسی مواد بوده و مطالب عنوان شده در این درس در بسیاری از دروس دیگر این رشته مورد نیاز است. در این آموزش، دانشجو با نمودارهای فازی و انواع مختلف آن که یکی از مهم‌ ترین مفاهیم در رشته مهندسی مواد است، آشنا می‌ شود. استحاله‌ های مختلف، ریزساختارهای مختلف و نمودار فازی آهن – کربن که مهم‌ ترین نمودار فازی در سیستم‌ های فلزی است نیز شرح داده می‌ شود.

فرایند انجماد، مکانیسم جوانه زنی و رشد و همچنین دو حالت همگن و غیرهمگن توضیح داده می‌ شود و به چند سیستم غیرآهنی نیز پرداخته می‌ شود. مطالب از چندین منبع مختلف برگرفته شده است که دانشجو از طریق این فرادرس به مهم‌ ترین مطالب آن‌ ها دسترسی خواهد داشت.

آشنایی با پیوندهای شیمیایی مختلف، عامل تعیین کننده برای وجود مواد مختلف با خواص بسیار متفاوت نظیر: فلزات، سرامیک ها، پلیمرها و… است. بررسی ساختمان الکترونی و ساختار بلوری فلزات به عنوان ماده اصلی مورد بررسی متالورژها، از اهداف دیگر این درس است، همچنین فرایند انجماد که از مراحل اصلی تعیین کننده ریزساختار فلزات در حین ساخت قطعه به روش ریخته گری است، مورد بررسی قرار می گیرد. آشنایی با اصول ترسیم دیاگرام های فاز دوتایی به عنوان ابزار قدرتمندی برای متالورژها و همچنین انواع مختلف دیاگرام های فاز در مواد صورت می گیرد.

دیاگرام آهن کربن که مهم ترین دیاگرام فاز در علم متالورژی است شرح داده می شود و فازهای مختلف در این دیاگرام بررسی می شوند. آشنایی با مواد مختلف و خواص آن ها و همچنین ریزساختار مواد از مفاهیم اصلی در علم مواد هستند که داشتن دانش کافی در این زمینه ها، پیش نیاز یادگیری مباحث مختلف رشته مواد است. آشنایی با دیاگرام های فاز و استحاله های مختلف که در مواد رخ می دهند، امکان بررسی سیستم های مختلف در مواد را آسان می کند.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: آشنایی با مواد مختلف
  • عناصر
  • ساختمان اتمی فلزات
    • دیاگرام نیروی بین اتمی
    • فاصله اتمی
  • پیوندهای اتمی
  • ساختار کریستالی (بلوری) و چیدمان اتمی
  • شبکه های بلوری فلزات FCC و BCC, HCP
  • آشنایی با مواد مختلف
  • خواص فیزیکی و مکانیکی انواع جامدات
  • دانه
  • مرز دانه
  • نقص های شبکه بلوری فلزات
    • نقطه ای
      • تهی جای ها
      • بین نشینی
      • جانشینی
    • خطی (نا به جایی ها)
    • صفحه ای (نقص چیدمان)
    • حجمی
  • اثر عیوب بر خواص مواد
  • تغییر ساختار میکروسکوپی فلز با درجه حرارت
• درس دوم: انجماد فلزات
  • انجماد و دمای تعادلی انجماد براساس ترمودینامیک
  • فوق تبرید یا مادون انجماد
  • فرایندهای جوانه زنی
  • جوانه زنی همگن
  • شعاع بحرانی و تشکیل جوانه
  • جوانه زنی غیرهمگن
  • شعاع بحرانی و مادون انجماد در جوانه زنی غیرهمگن و مقایسه با فرایند همگن
  • سرعت جوانه زنی همگن
  • سرعت جوانه زنی غیرهمگن
  • فرایند ذوب
  • فصل مشترک جامد – مایع
  • رشد یک جامد خالص
  • رشد پیوسته
  • رشد جانبی
  • شارش گرما و پایداری فصل مشترک جامد – مایع
  • انجماد آلیاژ
  • انجماد شمش ها و قطعات ریختگی – ساختار شمش
  • منطقه چاییده
  • منطقه ستونی
  • منطقه متساوی المحور
• درس سوم: نمودار فازی تعادلی
  • آلیاژ
  • فاز
  • انواع جامدات
    • فلز خالص
    • ترکیب آلیاژی واسطه
      • ترکیب های بین فلزی یا ترکیب های ظرفیتی
      • ترکیب های بین نشینی
      • ترکیب های الکترونی
    • محلول جامد
  • دیاگرام های تعادلی و قانون فازی گیبس (Gibbs’ phase rule)
  • انواع استحاله ها (تغییر فازهای حالت جامد)
  • نمودارهای فازی دو تایی و انواع آن
  • اصول ترسیم نمودارهای فازی
  • نمودار فازی نوع اول
    • حلالیت کامل در حالت جامد و مذاب (سیستم دوتایی Cu – Ni)
  • قوانین نمودارهای فازی
    • تعیین ترکیب شیمیایی
    • قانون اهرم
  • انجماد تعادلی یک آلیاژ محلول جامد
  • نفوذ
  • انجماد غیرتعادلی یک آلیاژ محلول جامد
  • نمودار فازی نوع دوم
    • عدم حلالیت در حالت جامد و استحاله یوتکتیک (Eutectic)
  • آلیاژهای غیریوتکتیکی
  • نمودار فازی نوع سوم
    • حلالیت نسبی
  • نمودار فازی نوع چهارم
    • نمودار دارای فاز واسطه ذوب هم ارز – سیستم های دو تایی مرکب
  • نمودار فازی نوع پنجم
    • نمودار دارای استحاله پریتکتیک – سیستم های دوت ایی مرکب
  • نمودار فازی نوع ششم
    • نمودار دارای استحاله مونوتکتیک
  • نمودار فازی نوع هفتم
    • حالت عدم حلالیت در هر دو حالت جامد و مذاب
  • سخت کردن رسوبی (رسوب گذاری)
  • ترکیبات بین فلزی و اهمیت آن ها
  • ترکیبات بین فلزی تعادلی در سیستم های دو تایی
  • نمودارهای فازی سه تایی
• درس چهارم: نمودارهای تعادلی آهن – کربن
  • تغییرات دمایی آهن خالص
  • دیاگرام آهن – کربن
  • فاز فریت
  • فاز آستنیت
  • فاز دلتا
  • سمانتیت
  • استحاله یوتکتوید و فاز پرلیت
  • فازهای هیپو و هایپر یوتکتوید
  • استحاله یوتکتیک و فاز لدبوریت (Ledeburite)
  • فریت ویدمن اشتاتن (Widmanstätten ferrite)
  • مارتنزیت (Martensite)
  • خطوط بحرانی
  • چدن ها
  • ساختار چدن ها
  • چدن خاکستری
  • چدن سفید
  • چدن چکش خوار
  • چدن نشکن
• درس پنجم: آلیاژهای مس، نیکل و آلومینیوم
  • مس و آلیاژهای آن
  • نیکل و آلیاژهای آن
  • آلومینیوم و آلیاژهای آن

مفید برای رشته های

• مهندسی مواد
• مهندسی مکانیک