Detail předmětu
Teoretické základy oboru
FSI-POBAk. rok: 2014/2015
Předmět seznamuje studenty s fyzikálními vlastnostmi roztavených slitin, jejich prouděním v kanálech formy a interakcemi mezi taveninou a formou. Modely nukleačního stadia krystalizace a stadia růstu vytváří nutný základ pro cílevědomé řízení krystalizace odlitků. Analýza pochodů v chladnoucím odlitku je zaměřena na vznik napětí v odlitku, důsledky a možnosti jeho snižování.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Student získá znalosti o základních procesech probíhajících během plnění formy roztavenými slitinami, při jejich krystalizaci a ochlazování na pokojovou teplotu s důrazem na cílevědomé řízení těchto procesů umožňující získání odlitku s předepsanými užitnými vlastnostmi.
Prerekvizity
Student musí mít znalosti z termodynamiky a kinetiky fázových transformací (difúze, rovnovážné fázové diagramy, fázové přeměny a jejich vliv na strukturu a vlastnosti), z termomechaniky (stacionární a nestacionární přenos tepla vedením, vnitřní zdroje, přenos tepla konvekcí) a z hydromechaniky (znalosti o vlastnostech tekutin, rovnováze sil v tekutinách za klidu, o pohybu tekutin v silových polích).
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení
Podmínkou udělení zápočtu je účast na cvičení. Zkouška se skládá ze dvou částí - písemné a ústní. Zkouška prověřuje písemnou formou znalosti z tématických okruhů, se kterými jsou studenti seznámeni na přednáškách. Ústní část zkoušky slouží k ověření dílčích znalostí a upřesnění klasifikace.
Učební cíle
Cílem předmětu Teoretické základy oboru je seznámit studenty se základními procesy probíhajícími během plnění formy roztavenými slitinami, při jejich krystalizaci a ochlazování na pokojovou teplotu s důrazem na cílevědomé řízení těchto procesů umožňující získání odlitku s předepsanými užitnými vlastnostmi.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Kontrolovanou výukou je účast na cvičení, presenci vede cvičící. V případě absencí cvičící zadá téma samostatné písemné práce.
Základní literatura
Campbell, J.: Castings. 1st ed. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1997
Flemings, M.C.: Solidification Processing. 1st ed. New York: McGraw-Hill Book Company. 1974
Karlsson, L.: Modeling in Welding, Hot Powder Forming and Casting. 1st ed. Materials Park, Ohio: ASM International. 1997
Nobuo Sano ed.: Advanced Physical Chemistry for Process Metallurgy. 1st ed. San Diego: Academic Press. 1997
Flemings, M.C.: Solidification Processing. 1st ed. New York: McGraw-Hill Book Company. 1974
Karlsson, L.: Modeling in Welding, Hot Powder Forming and Casting. 1st ed. Materials Park, Ohio: ASM International. 1997
Nobuo Sano ed.: Advanced Physical Chemistry for Process Metallurgy. 1st ed. San Diego: Academic Press. 1997
Doporučená literatura
Slovák, S., Rusín, K.: Theory of casting (in Czech), 1st ed.. Praha: SNTL. 1990
Vilčko, J., Slovák, S.: Casting technology (in Slovak), 1st ed. Praha: SNTL. 1987
Vilčko, J., Slovák, S.: Casting technology (in Slovak), 1st ed. Praha: SNTL. 1987
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Hydraulické poměry při odlévání odlitků, volný proud, proudění v kanálech vtokové soustavy.
2. Fyzikální vlastnosti roztavených slitin, proudění laminární a turbulentní, zabíhavost, smáčení formy taveninou, penetrace taveniny do formy.
3. Termodynamika krystalizace, tři odlišné oblasti s různou strukturou zrn v makrostruktuře odlitku, přehled teorií jejich vzniku.
4. Nukleační stadium krystalizace, rychlost nukleace, model homogenní nukleace a heterogenní nukleace na rovinné podložce.
5. Modely heterogenní nukleace v dutinách žárovzdornin.
6. Stádium růstu krystalů, transport tepla na fázovém rozhraní a v soustavě forma-odlitek.
7. Transport hmoty na fázovém rozhraní, vznik odmíšení.
8. Konstituční přechlazení, morfologie fázového rozhraní.
9. Řízení krystalizace kovů, dynamické metody, modifikace taveniny, řízení krystalizace ve stadiu růstu krystalu, monokrystaly.
10. Krystalizace základních typů slévárenských slitin.
11. Objemové změny při tuhnutí odlitků a jejich důsledky, tepelné uzly, soustředěné a rozptýlené staženiny.
12. Ochlazování odlitků z teploty solidu, objemové změny při fázové transformaci v tuhém stavu, smršťování kovů, změny mechanických vlastností, vznik tepelných a fázových napětí v odlitku.
13. Důsledky napjatosti v chladnoucím odlitku, vznik trhlin, prasklin a zborcení odlitku, možnosti snižování napjatosti v odlitku.
2. Fyzikální vlastnosti roztavených slitin, proudění laminární a turbulentní, zabíhavost, smáčení formy taveninou, penetrace taveniny do formy.
3. Termodynamika krystalizace, tři odlišné oblasti s různou strukturou zrn v makrostruktuře odlitku, přehled teorií jejich vzniku.
4. Nukleační stadium krystalizace, rychlost nukleace, model homogenní nukleace a heterogenní nukleace na rovinné podložce.
5. Modely heterogenní nukleace v dutinách žárovzdornin.
6. Stádium růstu krystalů, transport tepla na fázovém rozhraní a v soustavě forma-odlitek.
7. Transport hmoty na fázovém rozhraní, vznik odmíšení.
8. Konstituční přechlazení, morfologie fázového rozhraní.
9. Řízení krystalizace kovů, dynamické metody, modifikace taveniny, řízení krystalizace ve stadiu růstu krystalu, monokrystaly.
10. Krystalizace základních typů slévárenských slitin.
11. Objemové změny při tuhnutí odlitků a jejich důsledky, tepelné uzly, soustředěné a rozptýlené staženiny.
12. Ochlazování odlitků z teploty solidu, objemové změny při fázové transformaci v tuhém stavu, smršťování kovů, změny mechanických vlastností, vznik tepelných a fázových napětí v odlitku.
13. Důsledky napjatosti v chladnoucím odlitku, vznik trhlin, prasklin a zborcení odlitku, možnosti snižování napjatosti v odlitku.
Cvičení
12 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Úvod do proudění kovu, teorie zabíhavosti, základní zkoušky zabíhavosti
2. Vtokové soustavy, typy, výpočet jednoduchých vtokových soustav (podtlaková, přetlaková)
3. Úvod do měření teplotních polí, možnosti měření termočlánky, optickými pyrometry, termokamerou
4. Nálitkování odlitků, výpočet modulů, vyhodnocení experimentů
5. Simulace tuhnutí na PC, predikce staženin, porovnání simulace s experimentem
6. Pnutí a deformace odlitků, simulace napjatosti na PC
2. Vtokové soustavy, typy, výpočet jednoduchých vtokových soustav (podtlaková, přetlaková)
3. Úvod do měření teplotních polí, možnosti měření termočlánky, optickými pyrometry, termokamerou
4. Nálitkování odlitků, výpočet modulů, vyhodnocení experimentů
5. Simulace tuhnutí na PC, predikce staženin, porovnání simulace s experimentem
6. Pnutí a deformace odlitků, simulace napjatosti na PC