Materialteknologi

I dette emnet vil studentene få teoretisk og anvendt kunnskap om industrielle materialer. Kurset begynner med en introduksjon til atomers oppbygning, elektronkonfigurasjon og periodesystemet. De ulike bindingene som finnes i forskjellige materialgrupper blir beskrevet. En gjennomgang av de ulike atomære strukturene etterfølges av en studie av materialfeil og deres påvirkning på materialegenskaper.

Deretter beskrives de ulike herdemekanismene (deformasjonsherding, løsningsherding, dispersjonsherding og utfellingsherding). Innen fysisk metallurgi er bruken av fasediagrammer sentral for å forstå legeringers mikrostruktur og for å utforme varmebehandlinger som gir ønskede egenskaper.

Fokuset i dette emnet er på konstruksjonsmaterialer, spesielt metalliske materialer som stål og aluminium. Det gis imidlertid også referanser til polymerer, keramikk og kompositter for sammenligningsformål. Kurset inkluderer innhold om sammenføyningsmetoder som sveising, lodding og liming. Videre gir det et godt grunnlag for å forstå hvilke faktorer som påvirker materialvalg for ulike anvendelser, samt hvordan man vurderer miljøkonsekvensene av materialvalg.

Totalt utgjør kjemiinnholdet 1,5 studiepoeng.

Undervisningsspråk: Norsk

Grunnleggende ferdigheter i 3D-modelleringsprogrammet INVENTOR.

Ingen krav utover opptakskravene

Læringsutbytte

Etter fullført emne forventes det at studenten har oppnådd følgende læringsutbytter, definert i form av kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten kan:

• Forstå ulike nivåer av materialenes indre struktur og hvordan disse påvirker makroskopiske egenskaper og oppførsel: fra elektronstrukturen til atomer, de ulike bindingsmekanismene mellom atomer, atom- og ioneordninger i materialer, og hvordan materialfeil og deres bevegelse påvirker mekaniske egenskaper.
• Beskrive defekter i krystallinske materialer og forklare korngrenseforsterkning i polykrystallinske materialer.
• Forklare drivkrefter for diffusjon i materialer og betydningen av diffusjon for ulike metallbearbeidingsmetoder.
• Forstå relevante materialegenskaper og testene som vanligvis utføres for å karakterisere disse egenskapene.
• Forklare hvordan flytende materialer størkner gjennom heterogen kimdannelse, og beskrive ulike støpeprosesser.
• Forstå de ulike herdingsmekanismene i metaller: arbeidsharding og gløding; fastløsningsherding; dispergeringsherding; utfellings- eller alderherding.
• Forstå fasediagrammer som et verktøy for å identifisere hvilke faser som er til stede i en legering ved ulike sammensetninger og temperaturer, og forutsi mikrostrukturen til legeringer som følge av eutek­tiske og eutektoide faseomvandlinger.
• Gjenkjenne og forstå hovedklassene, materialstruktur, egenskaper, prosessering og bruksområder for andre materialgrupper utover stål og aluminiumlegeringer.
• Forstå grunnleggende prinsipper for elektrokjemi og korrosjon.

Ferdigheter

Studenten er i stand til å:

• Bestemme elektronkonfigurasjonen til ulike grunnstoffer. Bruke Miller-indekser for å visualisere krystallstrukturer i metaller og beregne gitterparametere. Utlede makroskopiske materialegenskaper basert på krystallografiske parametere.
• Beregne defekttetthet, kvantitativt karakterisere dislokasjoner, identifisere glideplan og glideretninger og forutsi hvordan disse påvirker mekaniske egenskaper.
• Beregne diffusjonskoeffisient, diffusjonshastighet og diffusjonsprofiler.
• Utføre strekkprøving av metalliske materialer og utarbeide en prøverapport i henhold til gjeldende standard. Identifisere spenning, tøyning, elastisitetsmodul, flytegrense samt uttrykk for duktilitet og sprøhet basert på prøvediagrammer, og måle hardhet.
• Forutsi og karakterisere brudd og krypegenskaper. Redegjøre for kaldarbeiding og glødeprosesser for å oppnå ønskede materialegenskaper.
• Anvende prinsipper for størkning til å karakterisere og designe støpejern, samt bestemme fastløselighetsgrenser i legeringer.
• Bruke fasediagrammer til å bestemme hvilke faser som er til stede i en legering, deres sammensetning og mengder; kvantifisere dispergeringsherding basert på analyser av eutek­tiske og eutektoide faseomvandlinger; og designe varmebehandlingsmetoder brukt til herding av metaller, som herd­ing og anløping for å oppnå martensitt.
• Utføre grunnleggende beregninger relatert til elektrokjemi/korrosjon.

Generell kompetanse

Studenten har:

• En bred forståelse av ulike typer materialer, hvor de brukes, deres egenskaper og hvordan de kan bearbeides.
• Evne til å gjøre begrunnede materialvalg basert på kriteriene som er tilegnet i emnet, eventuelt med støtte i materialdatabaser.
• Innsikt i de miljømessige, helsemessige, sosiale og økonomiske konsekvensene av materialvalg, med et etisk og livsløpsbasert perspektiv.

Forelesninger, øvelser og laboratoriearbeid i henhold til framdriftsplanen.

Følgende arbeidskrav er obligatoriske og må være godkjent før studenten kan gå opp til eksamen:2 godkjente skriftlige laboratorierapporter, inkludert fysisk oppmøte på to laboratoriesesjoner. Tidsbruk per lab er ca. 6 timer, inkludert forberedelser og rapportskriving. Rapportene leveres i Canvas.

3 timer individuell skriftlig eksamen.

Eksamensresultatet kan påklages.

Ved kontinuasjon eller utsatt eksamen kan muntlig eksamen benyttes. Dersom muntlig eksamen brukes, kan ikke resultatet påklages.

En håndholdt kalkulator som ikke kan brukes til trådløs kommunikasjon.Hvis kalkulatorens interne minne kan lagre data, må minnet slettes før eksamen.Det kan bli gjennomført stikkprøvekontroller.

Gradert skala A-F

Én intern sensor. Eksterne sensorer benyttes jevnlig.