Фізико-хімічні основи виробництва металів
Спеціальність: Прикладне матеріалознавство
Код дисципліни: 6.132.03.O.021
Кількість кредитів: 4.50
Кафедра: Матеріалознавство та інженерія матеріалів
Лектор: канд. техн. наук, доцент Богун Лідія Ігорівна
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: ІНТ – Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми, пов'язані з розробкою, застосуванням, виробництвом та випробуванням металевих, неметалевих та композиційних матеріалів та виробів на їх основі, у професійній діяльності та у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів фізики, хімії та механічної інженерії й характеризується комплексністю та невизначеністю умов;
фахових:
ФК7 – Здатність застосовувати знання і розуміння наукових фактів, концепцій, теорій, принципів і методів, необхідних для підтримки діяльності в сфері матеріалознавства
ФКС 1.3 – Здатність використовуючи відомості щодо технології виробництва матеріалу та виробу, за допомогою певних положень та науково–технiчної лiтератури, в умовах лабораторії або контрольного підрозділу цеху прогнозувати можливі види дефектів та визначати засоби їх виявлення.
? ФКС 1.6 – Здатність під час підготовки виробництва розраховувати температурні поля у виробі під час його нагрівання або охолодження та поля напружень у виробі, виконувати розрахунки динаміки розвитку дифузійних процесів розподілу компонентів в об’ємі виробу та інших супутних явищ.
ФКС 2.1 – Здатність, використовуючи відомості щодо складу та структури композиційних, порошкових та нанодисперсних матеріалів, за допомогою відомих аналітичних залежностей та довідкової інформації в умовах проектування виробу проводити орієнтовні розрахунки їх властивостей.
ФКС 2.2 – Здатність дати комплексну оцінку структури та фазового складу матеріалу щодо їх відповідності вимогам.
Результати навчання: ЗН 2 - Знання й розуміння інженерних наук, які лежать в основі прикладного матеріалознавства, на рівні, необхідному для досягнення інших результатів програми, у тому числі достатня обізнаність в їх останніх досягненнях.
ЗН 8 - Засвоєння основних положень теорії хімічних процесів, електрохімії та хімічної кінетики, кристалографії, законів теплопровідності та фізичних механізмів дифузії.
УМ 1 - Уміння поєднувати теорію і практику для вирішення прикладних завдань матеріалознавства.
УМ 5 - Уміння здійснювати технологічне забезпечення виготовлення матеріалів та виробів з них
УМ 11 - Уміння обчислювати економічну ефективність виробництва матеріалів та виробів.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: - пререквізит: фізика, хімія, фізична хімія, математичний аналіз, кристалографія, металознавство.
- кореквізит: фізичні властивості матеріалів; ливарне виробництво; поверхнева обробка та відновлення виробів; сплави з особливими властивостями, кольорові метали та сплави.
Короткий зміст навчальної програми: Застосування термохімічних та термодинамічних розрахунків для аналізу металургійних процесів. Теорія дисоціації та міцності хімічних сполук. Аналіз процесів відновлення хімічних сполук. Статистична теорія розчинів. Будова та фізичні властивості металевих та оксидних роcплавів. Механізми та кінетика важливих металургійних реакцій.
Опис: Термодинамічні функції для опису стану речовин. Сучасні тенденції у розвитку металургійних процесів.Загальні положення термохімії. Визначення температурної залежності ентальпії та ентропії реакцій.
Принципи термодинамічних роз¬рахунків. Фазові переходи першого та другого роду. Типи металургійних реакцій.
Закон дії мас. Зв'язок константи рівноваги реакції з вільною енергією Гіббса.
Побудова та аналіз діаграм Еллінгема для утворення оксидів. Термодинаміка реакцій та властивості конденсованих фаз. Побудова діаграм температурної залежності зміни вільної енергії утворення оксидів. Комбіновані діаграми Еллінгема. Використання діаграм температурної залежності зміни вільної енергії утворення оксидів для аналізу металургійних процесів: побудова додаткових шкал для визначення тиску кисню та співвідношень монооксид-діоксид вуглецю; водень- водяна пара.
Діаграми вант-Гоффа для відновлення оксидів. Загальна теорія відновлення оксидів газоподібними відновниками. Термодинаміка відновних реакцій у системі Fе-О-С. Розрахунки об’ємного вмісту СО для реакцій відновлення. Побудова діаграм температурної залежності співвідношення діоксид вуглецю-монооксид вуглецю та її застосування для аналізу металургійних процесів. Фізико-хімічний фазовий аналіз та застосування його у металургії. Відновні процеси за участю твердого вуглецю.
Будова та властивості металургійних шлаків. Загальний вигляд діаграм стану потрійних сплавів. Потрійні діаграми стану типових шла¬кових розплавів. Іонна теорія будови шлакових розплавів.
? Типи металургійних розчинів. Закономірності будови металевих розплавів. Температурна за¬лежність зміни вільної енергії при утворенні розчинів. Розрахунки термодинамічних властивостей металевих металургійних розчинів.
Діаграми шлакових систем. Властивості оксидів у рідкому агрегатному стані. Будова оксидних розплавів: теорія доскона¬лого іонного розплаву, теорія мікро-неоднорідності електролітів, статистична теорія іонних розплавів.
Десульфуризація розплавів. Вплив компонентів шлакових розплавів на їх фазовий склад. Розчинність газів і сірки у шлаках.
Дійсні розчини та розрахунок парціальних мольних величин. В’язкість розплавів. Поверхневі явища на металевих та шлакових розплавах. Електричний опір розплавів. Густина розплавів.
Металургійні ідеальні та неідеальні розчини. Особливості перебігу гомогенних та гетерогенних реакцій.. Реакції між металевим і шлаковим розплавами. Розрахунок термодинамічних властивостей розчинів на підставі даних про параметри взаємодії. Тиск пари металів та сполук.
Методи та критерії оцінювання: - поточний контроль (40 %): виконання індивідуальних завдань; опитування на лабораторних заняттях, захист звітів;
- підсумковий контроль (60%): іспит.
Критерії оцінювання результатів навчання: • повнота розкриття питання;
• цілісність, систематичність та аргументованість;
• логіка викладення, культура мовлення;
• аналітичні міркування, уміння робити порівняння, висновки;
• акуратність оформлення письмової роботи.
Оцінювання результатів навчання студента здійснюють відповідно до 100-бальної шкали
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Основи металургійного виробництва металів і сплавів: Підручник/Д.Ф.Чернега, В.С.Богушевський, Ю.Я.Готвянський та ін.; За ред. Д.Ф.Чернеги, Ю.Я.Готвянського.- К.: Вища шк., 2006.-503 с.
2. Готвянський Ю.Я. Фізико-хімічні та металургійні основи виробництва металів: Навч. посібник. - К.: ІЗМН, 1996.-392 с.
3. Physical Chemistry of Metallurgical Processes, Second Edition (The Minerals, Metals & Materials Series) Springer; 2nd ed. 2021 — ? 641 p.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).