ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΥΛΙΚΩΝ ΧΜ481 (only electronically e-class) ΠΑΤΡΑ 2017

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι σημειώσεις των εργαστηριακών ασκήσεων του εργαστηρίου υλικών έχουν διαμορφωθεί σύμφωνα με το Πρόγραμμα Σπουδών του Τμήματος Χημικών Μηχανικών. Οι εργαστηριακές ασκήσεις καλύπτουν ένα σημαντικό τμήμα της Επιστήμης των Υλικών όπως, προετοιμασία δειγμάτων, έλεγχο υλικών (οπτικό μικροσκόπιο, μεταλλογραφία σκληρομετρία κλπ.), διαγράμματα φάσεων, θερμικές κατεργασίες και φαινόμενα τήξεως - πήξεως. Οι υπεύθυνοι του εργαστηρίου Βίκτωρας Στιβανάκης, Λέκτορας Σουζάννε Μρόσντα, ΕΔΙΠ Συγγραφή: Επιμέλεια και Διορθώσεις: Γ. Αγγελόπουλος Γ. Σαραντόγλου Π. Νικολόπουλος Β. Στιβανάκης Σ. Μρόσντα Μ. Καμίτσου 2

3 Εισαγωγή και Γενικές Οδηγίες ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ 3 ΑΣΚΗΣΗ 1 4 ΑΣΚΗΣΗ 2 5 ΑΣΚΗΣΗ 3 ΜΕΤΑΛΛΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΓΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΜΕ ΟΠΤΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΓΡΑΦΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΜΕ ΤΟ ΟΠΤΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ, ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ 6 ΑΣΚΗΣΗ 4 ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΜΒΑΠΤΟΤΗΤΑ ΧΑΛΥΒΩΝ - ΣΚΛΗΡΟΜΕΤΡΙΑ 7 ΑΣΚΗΣΗ 5 ΣΧΕΣΗ HALL PETCH - ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ Π1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 ΜΕΤΑΛΛΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΧΑΛΥΒΩΝ (ΆΣΚΗΣΗΣ 2) Π2 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ (ΆΣΚΗΣΗ 3) Π3 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ (ΆΣΚΗΣΗ 3) Π4 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4 INTERNATIONAL ORGANIZATIONS FOR STANDARDIZATION 3

4 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός του εργαστηρίου υλικών είναι η πρακτική άσκηση των φοιτητών σε πειράματα υλικών εργαστηριακής κλίμακας. Επιδιώκεται η κατανόηση των βασικών διεργασιών που διδάχθηκαν στο μάθημα Επιστήμη Υλικών Ι, των πειραματικών ελέγχων των μεταλλουργικών διεργασιών και των ιδιοτήτων των μετάλλων. Στα πλαίσια του εργαστηρίου έχουν προγραμματιστεί 5 εργαστηριακές ασκήσεις. Οι ασκήσεις που θα πραγματοποιηθούν είναι οι εξής: 1. Προπαρασκευή μεταλλικών δειγμάτων για μεταλλογραφική παρατήρηση 2. Παρατήρηση της μικρογραφικής δομής με το οπτικό μικροσκόπιο 3. Θερμική ανάλυση μετάλλων, κραμάτων και μέθοδοι μέτρησης θερμοκρασιών 4. Βαφή χαλύβων Σκληρομετρία 5. Σχέση Hall Petch - εικονικό πείραμα Τα πειράματα διεξάγονται στο Εργαστήριο Υλικών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου Χημικών Μηχανικών. Υπεύθυνοι για το εργαστήριο είναι : Βίκτωρας Στιβανάκης, Λέκτορας (stivanakis@chemeng.upatras.gr) Σουζάννε Μρόσντα, ΕΔΙΠ (brosda@chemeng.upatras.gr) 2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ 2.1 Κανονισμός λειτουργία 1. Οι ασκήσεις εκτελούνται από ομάδες 5 ατόμων. 2. Η σύνθεση των ομάδων αυτών δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια του εξαμήνου. 3. Αν ο φοιτητής/τρια χρεωθεί περισσότερες από μία απουσίες επαναλαμβάνει όλο το εργαστήριο στο επόμενο έτος. 4. Οι φοιτητές/φοιτήτριες που έχουν δηλώσει το εργαστήριο υλικών πρέπει να εγγραφούν ηλεκτρονικά μέσω του eclass και μέσω της παρακάτω διαδικασίας (μέχρι 04/10/2017): Πηγαίνετε στη διεύθυνση και κάνετε login χρησιμοποιώντας τα στοιχεία σύνδεσης σας. Εγγραφή στο μάθημα: Από το μενού Κατάλογος μαθημάτων βρίσκετε το Εργαστήριο Υλικών και τσεκάρετε το αντίστοιχο check box εγγραφής. Εγγραφή σε ομάδα: click πάνω στο Εργαστήριο Υλικών Μενού Επιλογές Μαθήματος Ομάδες Χρηστών Εγγράφεστε στη ομάδα που επιθυμείτε (μέγιστος αριθμός ομάδας: 5 άτομα). Όσοι δεν εγγραφούν από μόνοι τους μέχρι την ημερομηνία που ανακοινώνεται, θα συμπληρώνουν υπάρχουσες ομάδες με απόφαση των υπευθύνων του εργαστηρίου. 5. Κάθε ομάδα δημιουργεί ένα εργαστηριακό τετράδιο φυλλάδιο εργασίας (απλό φυλλάδιο A4), το οποίο να φέρει σε κάθε εργαστηριακή άσκηση. Αυτό το φυλλάδιο περιέχει όλα τα σημαντικά δεδομένα σχετικά με τα δείγματα, υποθέσεις, τα εργαλεία εργασίας και την πραγματική 4

5 Εισαγωγή και Γενικές Οδηγίες πειραματική διάταξη των πειραμάτων. Και οι μετρήσεις κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων πρέπει να καταγραφούν στο φυλλάδιο εργασίας. Ο επιβλέπων της άσκησης θα υπογράψει τις αντίστοιχές σελίδες. Το φυλλάδιο εργασίας θα δοθεί στους υπεύθυνους στο τέλος του εξαμήνου και όταν ολοκληρωθούν όλες οι αναφορές. Αν προκύψουν προβλήματα κατά την επεξεργασία των μετρήσεων, οι αντίστοιχοι βοηθοί και ο υπεύθυνος διδάσκων είναι πρόθυμοι να βοηθήσουν. 2.2 Μέθοδοι αξιολόγησης βαθμολόγησης 1. Τεστ γνώσεων πριν την έναρξη της πρακτικής άσκησης για να ελεγχθεί η προετοιμασία που έκανε ο φοιτητής (Ασκήσεις 1, 2, 3, και 4). Είναι αυτονόητη η προετοιμασία των φοιτητών για την άσκηση και η προσέλευση όλων των μελών της ομάδας πριν την έναρξη της γραπτής εξέτασης και του πειράματος. Το γραπτό έλεγχο καλύπτει τη βασική θεωρία της άσκησης, τη μεθοδολογία και τις πειραματικές συσκευές που χρησιμοποιούνται. 2. Συγγραφή εκθέσεων με συγκεκριμένη δομή και παράθεση μετρήσεων, διαγραμμάτων, αναφορά εκτιμήσεων και αξιολόγηση μετρήσεων (Ασκήσεις 1-5). Όλες οι γραπτές εκθέσεις ελέγχονται με το πρόγραμμα Ephorous. Σε περίπτωση άνω του 30% λογοκλοπής, η έκθεση θα κριθεί με 0/ Ατομική παρουσίαση: Κάθε ομάδα έχει 5 συγκεκριμένα θέματα/προβλήματα να παρουσιάσει και ετοιμάζει μία παρουσίαση για ~60 λεπτά στο Power Point. Κάθε μέλος της ομάδας παρουσιάζει ένα από τα πέντε μέρη. Άσκηση Τεστ Έκθεση Συντελεστής 1 Ναι (30%) Ναι (70%) *1 2 Ναι (30%) Ναι (70%) *1 3 Ναι (30%) Ναι (70%) *1 4 Ναι (30%) Ναι (70%) *1 5 Όχι Ναι (100%) *0,5 Προφορική εξέταση Παρουσίαση ατομικά * *0,5 2.3 Παρουσίαση Έκθεσης Εργαστηριακής Άσκησης 1. Η τελική μορφή των κειμένων που θα δημοσιευθούν θα πρέπει να ακολουθεί πιστά τις οδηγίες συγγραφής που δίνονται στο παράδειγμα (template στο eclass, 2. Οι εκθέσεις θα υποβάλλεται ομαδικά μέχρι την λήξη μαθημάτων χειμερινού εξαμήνου ( ) ή νωρίτερα. Μετά την ημερομηνία αυτή δεν θα γίνονται δεκτές αναφορές. 3. Οι εκθέσεις θα παραδοθείτε σε ηλεκτρονική μορφή ως αρχεία μορφής PDF «ομαδα_χ ασκηση_υ.pdf» (vstivanakis@chemeng.upatras.gr και brosda@chemeng.upatras.gr). 4. Κάθε έκθεση ελέγχεται για λογοκλοπή με το πρόγραμμα EPHORUS. Σε περίπτωση άνω του 30% λογοκλοπής, η έκθεση θα κριθεί με 0/10. (Το Ephorous χρησιμοποιείται για την πρόληψη και τον εντοπισμό λογοκλοπής.) 5

6 Η παρουσίαση ενός επιστημονικού κειμένου, είτε πρόκειται για εργαστηριακή έκθεση είτε δημοσίευση σε επιστημονικό περιοδικό, πρέπει να ακολουθεί ορισμένους κανόνες, και αυτό όχι για λόγους εθιμοτυπικούς αλλά επειδή έτσι το κείμενο γίνεται πιο εύκολο τόσο στη συγγραφή του όσο και στην κατανόηση του. Οι διαστάσεις σελίδας είναι Α4, ενώ το δεξί και το αριστερό περιθώριο πρέπει να ρυθμιστούν στα 2,5 cm, και τα άνω και κάτω περιθώρια στα 2 cm. Θα χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά οι γραμματοσειρές Calibri μεγέθους 11 pt ενώ το διάστιχο (απόσταση γραμμών) θα πρέπει να είναι παντού μονό. Οι παράγραφοι θα πρέπει να έχουν εσοχή 5mm στην πρώτη γραμμή. Η πρώτη παράγραφος σε κάθε ενότητα δεν θα πρέπει να έχει εσοχή. Ο τίτλος της εργασίας (μεγέθους 14 pt ) και οι επικεφαλίδες (μεγέθους 12 pt ) των ενοτήτων θα πρέπει να γραφτούν με κεφαλαίους χαρακτήρες bold. Η έκθεση παρέχει όλες τις λεπτομέρειες της πειραματικής δουλειάς, της ανάλυσης των δεδομένων και των αποτελεσμάτων, τα συμπεράσματα και άλλες χρήσιμες πληροφορίες. Αποτελείται από διάφορα μέρη και το καθένα έχει ξεχωριστό και εξίσου σημαντικό σκοπό. Κάθε τμήμα πρέπει να έχει τον ανάλογο τίτλο. Στη συνέχεια παρατίθενται οδηγίες για τη συγγραφή κάθε τμήματος ξεχωριστά. 1. Στοιχεία άσκησης και φοιτητή: Αριθμός και τίτλος της άσκησης, ημερομηνία διεξαγωγής της άσκησης, όνομα φοιτητή, έτος, A.M., εργαστηριακή ομάδα και σύνθεση της. 2. Σκοπός άσκησης: Δώστε πολύ σύντομα το σκοπό της άσκησης όπως εσείς τον καταλάβατε. 3. Θεωρητικό μέρος: Στο κομμάτι της θεωρίας απαντήστε τις αντίστοιχες ερωτήσεις, οι οποίες μπορούν να βρεθούν στις σημειώσεις για κάθε άσκηση. Αλλιώς, δώστε μια σύντομη περίληψη της θεωρίας (μέχρι 2 σελίδες) στην οποία βασίζεται η εκτέλεση και τα αποτελέσματα της άσκησης. 4. Πειραματικό μέρος: Περιγραφή των οργάνων, της πειραματικής εγκατάστασης και της πειραματικής διαδικασίας. 5. Αποτελέσματα: Έκθεση αποτελεσμάτων (πειραματικών και υπολογισμένων) σύμφωνα με τις οδηγίες που περιγράφονται στη συγκεκριμένη άσκηση ή/και τις υποδείξεις του υπευθύνου της άσκησης. Σχολιασμός των πειραματικών αποτελεσμάτων και σύγκριση τους με τα αντίστοιχα που προκύπτουν από τη βιβλιογραφία. Αναπτύξτε τις εκτιμήσεις σας για τυχόν αποκλίσεις θεωρίας και πειράματος. Δώστε τις προτάσεις σας για βελτιώσεις. 6. Συμπεράσματα: Ορίζονται τα κύρια αποτελέσματα σε σχέση με το σκοπό της άσκησης. 7. Σύμβολα: Ορίζονται τα σύμβολα που χρησιμοποιήθηκαν στην έκθεση και αναφέρονται οι μονάδες του 8. Βιβλιογραφία: Παράθεση της βιβλιογραφίας που χρησιμοποιήθηκε. Γενικές οδηγίες για τις εξισώσεις Οι εξισώσεις οι οποίες αναγράφονται στην εισαγωγή μιας εργασίας και χρησιμοποιούνται στη συνέχεια στην εξαγωγή αποτελεσμάτων ή στα συμπεράσματα κ.λπ. θα πρέπει να είναι αριθμημένες: dp/dt = ΔΗ/T ΔV (1) 6

7 Εισαγωγή και Γενικές Οδηγίες Γενικές οδηγίες για τους πίνακες: Όλοι οι πίνακες έχουν αρίθμηση (1, 2, 3 κ.λπ.). Για αυτό δεν είναι απαραίτητο να βρίσκονται στη ροή του κειμένου αλλά εφόσον έχουν αρίθμηση μπορούν να παρουσιαστούν και σε άλλη σελίδα του κειμένου. Οι πίνακες συνοδεύονται από λεζάντα. Η λεζάντα γράφεται στο επάνω μέρος του πίνακα, π.χ. Πίνακας 1: Έργο συνάφειας σε συστήματα Al 2O 3/μετάλλων σε διαφορές θερμοκρασίες. Σύστημα Τ / Κ W a 10 2 / J m -2 ΑΙ 20 3/In ΑΙ 20 3/Sn ΑΙ 20 3/Bi Δίπλα (ή κάτω) από κάθε μέγεθος αναγράφονται οι μονάδες. Αν δεν υπάρχουν οι μονάδες, οι τιμές του πίνακα είναι αδύνατον να διαβαστούν. Γενικές οδηγίες για τις γραφικές παραστάσεις: 1. Επιλέγεται η κλίμακα έτσι ώστε το διάγραμμα να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο τετράγωνο. Γύρω από το διάγραμμα θα πρέπει να υπάρχει περιθώριο και να μην κολλάνε οι άξονες στα περιθώρια της σελίδας (σε καμιά περίπτωση να τα υπερβαίνουν). 2. Βαθμονομούνται οι άξονες. Ποτέ δεν σημειώνονται πάνω στους άξονες οι τιμές των πειραματικών μετρήσεων. Γράφονται στους άξονες τα μεγέθη που αναπαριστούν, η τάξη μεγέθους με δύναμη του 10 και σε παρένθεση οι μονάδες (όπως ακριβώς και με τους πίνακες). Δηλαδή αν στον άξονα είναι σημειωμένο Τ 102(Κ) τότε το σημείο με συντεταγμένη π.χ. 6.0 θα αντιστοιχεί σε Τ = 600Κ. 3. Τοποθετούμε τα πειραματικά σημεία στο διάγραμμα τα οποία τα σημειώνουμε έντονα. Σύμβολα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι κυκλάκια, τετραγωνάκια, ρόμβοι, τρίγωνα κ.α. (και όχι απλά σημεία που είναι δυσδιάκριτα). Αν υπάρχουν περισσότερα από ένα σύμβολα, θα πρέπει να επεξηγούνται στη λεζάντα. 4. Χαράσσουμε τις ευθείες ή τις καμπύλες του διαγράμματος οι οποίες μπορούν να έχουν διάφορες μορφές (συνεχής γραμμή, στικτή γραμμή κ.α.) 5. Ποτέ δεν γράφουμε πάνω στο διάγραμμα. Ότι θέλουμε το γράφουμε στη λεζάντα του. 6. Τα διαγράμματα έχουν αρίθμηση η οποία γίνεται με αραβικούς αριθμούς. Η λεζάντα γράφεται στο κάτω μέρος του διαγράμματος. 7

8 Εικόνα 1: Καμπύλες ψύξης μετάλλου ( ) Sn (100 wt%) και κράματος ( ) 50 wt%sn/50 wt%bi. 8

9 Εισαγωγή και Γενικές Οδηγίες Βασικοί κανόνες ασφάλειας εργαστηρίου Επιτροπή Υγιεινής και Ασφάλειας ΤΧΜ 1. Απαγορεύεται αυστηρά το κάπνισμα στο χώρο του εργαστηρίου. 2. Απαγορεύεται αυστηρά η κατανάλωση τροφίμων και ποτών στο χώρο του εργαστηρίου. 3. Απαγορεύεται η άσκοπη παραμονή στο χώρο του εργαστηρίου καθώς και η επίσκεψη από άτομα που δεν σχετίζονται με αυτό. 4. Απαγορεύονται η χρήση φακών επαφής κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων. Σε περίπτωση που αυτό δεν είναι εφικτό, θα πρέπει να δηλώνεται στον/στην υπεύθυνο/η του εργαστηρίου προκειμένου να δίνονται ζευγάρια γυαλιών ασφαλείας. 5. Σε περίπτωση επαφής ενός αντιδραστηρίου με το δέρμα ή τα μάτια πρέπει να γίνεται πλύση με άφθονο νερό και να ενημερώνεται αμέσως ο/η υπεύθυνος/η του εργαστηρίου. 6. Όσοι βρίσκονται στο χώρο του εργαστηρίου, υποχρεούνται να φορούν εργαστηριακή ποδιά. 7. Απαγορεύεται η παραμονή σε κοινόχρηστους χώρους με εργαστηριακή ποδιά ή/και προστατευτικά γάντια. 8. Απαγορεύεται η επαφή με κοινόχρηστα αντικείμενα (πληκτρολόγιο, στυλό κλπ.) ενώ φοράμε χρησιμοποιημένα προστατευτικά γάντια. 9. Πριν τη χρήση των χημικών αντιδραστηρίων/διαλυτών που απαιτούνται για τη διεξαγωγή των πειραμάτων πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά οι ετικέτες και να διαβάζονται οι ιδιότητές τους. 10. Η συσκευασία κάθε αντιδραστηρίου/διαλύτη πρέπει να παραμένει ανοιχτή για όσο το δυνατόν μικρότερο χρονικό διάστημα και να φυλάσσεται/χρησιμοποιείται σε κατάλληλο χώρο του εργαστηρίου ανάλογα με την περίπτωση. 11. Διαλύματα που φυλάσσονται σε υάλινα σκεύη πρέπει να φέρουν ετικέτα στην οποία να αναγράφεται το περιεχόμενο και η ημερομηνία παρασκευής τους. 12. Κατά την εφαρμογή επικίνδυνων διαδικασιών (βρασμός, μεταφορά επικίνδυνων αντιδραστηρίων, χρήση εύφλεκτων διαλυτών, χρήση θερμαντήρων κλπ.) πρέπει να γίνεται χρήση προστατευτικών μέσων όπως γυαλιά, μάσκες, γάντια. 13. Μετά το πέρας κάθε πειράματος τα σκεύη που χρησιμοποιήθηκαν πρέπει να καθαρίζονται σύμφωνα με τις οδηγίες του/της υπευθύνου, να φυλάσσονται στις προκαθορισμένες θέσεις τους και ο πάγκος εργασίας να καθαρίζεται σχολαστικά. 14. Η διάθεση των εργαστηριακών αποβλήτων πρέπει να γίνεται σύμφωνα με οδηγίες του/της υπευθύνου ανάλογα με την επικινδυνότητα κάθε αποβλήτου. 9