Detail předmětu

Kovové materiály

FCH-BCO_KOVAk. rok: 2014/2015

1.Kovová vazba – popis, vlastnosti mech, elektrické, tepelné, optické, srovnání s kovalentní vazbou. Pásový model – vznik, pásů, šířka mezery a rozdělení vodivosti, příčiny vodivosti a odrazu světla, periodický potenciál a vliv teploty na vodivost 2.Nejtěsnější uspořádání stejných koulí, základní mřížky v kovech, vztah buňky a nejtěsněji uspořádaných rovin, procento zaplnění. 3.Indexování rovin a směrů, rodiny rovin a směrů, nejhustěji obsazené roviny a směry, včetně šesterečné. 4. Rozdělení kovů podle chemických vlastností, podle čistoty a její vyjádření (pojmy báze, základní kov, legura, nečistota), podle průmyslově vyráběného množství, nejčastější neželezné kovy a jejich užití, podle teploty tání a jejich zástupce, srovnání s molekulovými, kovalentními a iontovými krystaly. Polymorfismus (příklad cínu a železa) 5.Poruchy mříže – kategorizace. Bodové – typy, stabilní kombinace, vznik, energie , význam pro el. vlastnosti, difúzi a mechanické vlastnosti. Dislokace – typy, vznik, význam, energie. Interakce dislokace –bodová porucha, dislokace - dislokace, dislokace – hranice zrn, význam pro chemické vlastnosti hranic, význam hranic pro zpevnění. Plošné – hranice zrn, dislokační stěna (maloúhlová deformace), dvojče, vznik dvojčat, prostorové defekty – kavity. 6. Tuhé roztoky – intersticiální, substituční. Uspořádanost, shoda s čistým kovem. Hume-Rotheryho pravidla. Intermediální sloučeniny podle neshody s Hume-Rotheryho pravidly. Intersticiální sloučeniny, Lavesovy fáze, elektrochemické sloučeniny, elektronové sloučeniny (sekundární tuhé roztoky, Hume-Rotheryho fáze), fáze sigma. Základní vlastnosti a zástupci. 7. Gibbsova energie fází v závislosti na teplotě, teplota fázové transformace. Nukleace, energetická bilance. Růst krystalů, podmínky vzniku dendritů, segregace. TTT diagramy. 8. Rovnovážné fázové diagramy (2 kovy zcela mísitelné v tuhém i kapalném stavu, mísitelné v kapalném a zcela nemísitelné v tuhém stavu, zcela mísitelné v kapalném a omezeně mísitelné v tuhém stavu se změnou rozpustnosti a vznikem eutektika). Eutektikum, jeho vznik – vůdčí fáze, morfologie, složení, fázová povaha. 9.Identifikace těchto jevů ve fázovém diagramu: peritektická přeměna, stechiometrická sloučenina, sekundární tuhý roztok. Kongruentní a inkongruentní tání. Změna modifikace jedné složky směsi a její identifikace ve fázovém diagramu. Ternární diagramy – možné řezy (izotermické, c = konst. a:b = konst). 10.Difúze – mechanismus (intersticiální, vakanční), Fickovy zákony, řešení pro polonekonečný masiv, chybová funkce. Stanovení difúzního koeficientu. Závislost D na teplotě, stanovení parametrů Arrheniovy rovnice (aktivační energie, frekvenční faktor). Význam difúze (fázové přeměny), up-hill difúze. 11.Martenzit, sorbit, horní a dolní bainit. Zušlechťování. ARA a IRA diagram. Kalitelnost, zkouška prokalitelnosti, povrchové kalení. Podmínky kalitelnosti. Widmanstätenovy struktury. 12. Uklidnění oceli a jeho důsledky. Svařitelnost, problémy svařování legovaných ocelí, stabilizace. 13.Vznik elektrodového potenciálu. Standardní podmínky, solný můstek, SHE. Nernstova rovnice. Depolarizace kyslíkem, vodíkem. Teorie makročlánků, mikročlánků, hranic zrn, fluktuace náboje a kinetická teorie smíšených potenciálů. Pourbaixovy diagramy. Možnosti ovlivnění redoxního potenciálu na povrchu elektrody. 14. Rozlišení koroze podle charakteru – obecná, bodová, důlková, inter- a transkrystalická, štěrbinová. Článek s diferenční aerací. 15. Korozní zkoušky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Výsledky učení předmětu

Úspěšný absolvent předmětu dokáže zejména:

1) Na základě chemického složení materiálu popsat fázovou strukturu, určit chemickou povahu přítomných fází v zadané slitině,
2) Vysvětlit rozdíly ve struktuře hlavních typů ocelí a z jejich normového označení určit základní užitné vlastnosti (svařitelnost, kalitelnost, mez pevnosti, korozivzdornost),
3) Popsat specifika mosazí, bronzí, duralů a jiných slitin neželeznýh kovů,
4) Popsat základní postupy při výzkumu kovových materiálů (metalografie, mikroskopie s analýzou, korozní zkoušky, mechanické vlastnosti).

Prerekvizity

Obecná a anorganická chemie I, II.
Struktura materiálů

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

Zkouška je ústní (15 minut příprava).
Student losuje soubor otázek, pokrývající tématicky všechny důležité oblasti předmětu (viz obsah předmětu).
Nutno podmínkou je zvládnutí fázového diagramu Fe -Fe3C a vyčtení základních informací ze značek ocelí podle ČSN.
Student může získat bonusové hodnocení ke zkoušce při kontrolním testu a skupinové práci v rámci posledních dvou přednášek.

Osnovy výuky

1. Úvod – výhody a nevýhody kovových materiálů, témata současného výzkumu, základní materiálové charakteristiky.
2. Kovová vazba – odvození pomoci metody MO-LCA, vlastnosti kovové vazby. Uspořádání atomů v krystalové mříži.
3. Reálné struktury – poruchy, jejich vznik a význam pro chemické, korozní a mechanické vlastnosti materiálů.
4. Slitiny – tuhé roztoky, intermetalické fáze , Hume-Rotheryho pravidla vzniku fází podle chemické povahy slučovaných kovů. Vlastnosti intermetalik.
5. Fázové diagramy, odvození složení slitin.
6. Popis kinetiky a termodynamiky fázových transformací. Difúze, její mechanismy a kvantitativní popis při vzniku kovových povlaků.
7. Elektrochemické vlastnosti kovů, koroze, vysokoteplotní koroze. Chemie korozních produktů.
8. Ochrana proti korozi – chemická technologie povrchových úprav a předúprav.
9. Metody výzkumu kovových materiálů, mechanismů a koroze a povrchových úprav.
10. Základní typy ocelí. Třídy ocelí, jejich chemickém složení a získávání informací ze značek ocelí. Přehled litin.
11. Neželezné kovy a jejich slitiny: Měď, mosazi, bronzi. Hliník, duraly.
12. Neželezné kovy a jejich slitiny: Hořčík, Zinek, Titan, Chrom, Nikl. Přehled ostatních kovů jejich užití.

Učební cíle

Cílovou skupinou jsou studenti zaměření na chemii materiálů. Předmět si klade za cíle obeznámit studenty s reálnými strukturami kovových materiálů v kontextu již nabytého chemického vzdělání. Sekundárním cílem je potom znalost nejdůležitějších vlastností, z toho plynoucí převládajícího praktického užití a v průmyslové praxi užívané systematizace třídění slitn na bázi železa i neželezných kovů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Předmět je realizován formou přednášky, na níž je účast dobrovolná. Dle současného studijního plánu není zařazena žádná forma kontrolované výuky.

Základní literatura

L. Ptáček a kol.: Nauka o Materiálu I,II. CERM, Brno 2003. (CS)
W.D. Callister, Jr.: Materials Science and Engineering: An Introduction. 5th ed., John Wiley & Sons, Inc. 2000. (CS)

Doporučená literatura

M. Hluchý, O. Modráček, R. Paňák: Strojírenská technologie 1, 2.díl Metalografie a tepelné zpracování. Sciantia, s.r.o., Praha 1999. (CS)
P. Kratochvíl, P. Lukáč, B. Sprušil: Úvod do fyziky kovů I. SNTL, Praha 1984. (CS)
Z. Jonšta: Nauka o kovech II. VŠB-TU, Ostrava 2000. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPCP_CHCHT bakalářský

    obor BPCO_CHM , 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program BKCP_CHCHT bakalářský

    obor BKCO_CHM , 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program CKCP_CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor CKCO_CZV , 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor