Detail předmětu

Fyzikálně-chemické základy výroby kovových materiálů

FSI-WFZAk. rok: 2022/2023

Fyzikálně chemické principy výroby kovových materiálů na bázi železa vycházející z termodynamické aktivity prvků a jejímu použití v metalurgických výpočtech. Výpočty termodynamické rovnováhy a rovnovážné konstanty pro prvky v polykomponentním roztoku a plyny ve slitinách železa. Základní metalurgické reakce probíhající při výrobě surového železa na vysokých pecích a výroby oceli v kyslíkových konvertorech odlévané na zařízení plynulého odlévaní a při odlévání ingotů. Pochody výroby oceli na elektrických obloukových a indukčních pecích a v zařízeních sekundární metalurgie. Principy výroby vysokolegovaných a speciálních slitin železa. Vliv použitého metalurgického zpracování na vlastnosti oceli, dosažitelné obsahy nežádoucích prvků a morfologie a distribuce vměstků. Výroba a vlastnosti litin, popis základních technologií tavení a metalurgického zpracování litin. Teorie a praxe očkování a modifikace grafitických litin. Výroba a vlastnosti neželezných kovů na bázi hliníku, hořčíku mědi a zinku. Termo-fyzikální vlastnosti slitin neželezných kovů, základní tavící agregáty a technologie zpracování neželezných slitin. Očkování, modifikace a odplynění neželezných kovů a slitin. Slitiny niklu a titanu, chemické složení, struktura, vlastnosti a použití těchto slitin. Metalurgie slitin niklu a titanu, tavící agregáty a metody řízení jejich krystalizace.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav strojírenské technologie (ÚST)

Výsledky učení předmětu

Kurs umožňuje získat základní informace o metalurgii a slévárenství slitin železa a neželezných kovů. V každé z těchto technologií je věnována pozornost surovinám, semiproduktu, zařízení, tavicím pecím, jakosti a kontrole procesů a také finálnímu výrobku. Absolvent získá možnost orientace v současných výrobních technologiích kovů.

Prerekvizity

Všeobecné znalosti a základní znalosti chemie a nauky o kovech.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna cvičením zaměřených na aplikaci termodynamických výpočtů v metalurgické praxi.

Způsob a kritéria hodnocení

Zápočet se uděluje za aktivní účast na cvičeních. Zápočet je udělen na základě dosažení minimílně 60 % správných odpovědí v testu.

Učební cíle

Cílem je získat znalosti o metalurgii a slévárenství slitin železa a neželezných kovů.

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

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičení je povinná. Kontrolovaná účast na cvičeních, 1 kontrolní test během semestru. Absence na cvičeních je řešena individuálně. Nahrazení zameškaných hodin projedná student s garantem předmětu.

Základní literatura

ALVAREZ, A. I.; DEGALLAIX-MOREUIL, S. Duplex Stainless Steels. GREAT BRITAIN, 2009, p. 437, ISBN 978-1-84821-137-7. (EN)
CAMPBELL, J. 2003. Castings. 2. vyd. Oxford: Butterworth – Heinemann, 2003, 329 s. ISBN 0-7506-4790-6. (EN)
MICHNA, Štefan, et al. Encyklopedie hliníku. Prešov: Adin, s.r.o., 2005. ISBN 80-89041-88-4. (CS)
MYSLIVEC, T.: Fyzikálně chemické základy ocelářství. Praha: SNTL, 1972. (CS)
ROUČKA, J. Vměstky – přehled a příčiny vzniku: Vměstky ve slitinách hliníku a hodnocení čistoty kovu. 4. Holečkova konference: Trendy ve zpracování slitin neželezných kovů. První vydání. Brno: Česká slévárenská společnost, 2011. s. 117. ISBN 978-80-02-02303-6. (CS)
SHAMSUDDIN, M. Physical Chemistry of Metallurgical Processes. Published by John Wiley and Sons. Hoboken. New Jersey. pp. 585. 2016. ISBN 978-1-119-07833-3 (EN)
ŠENBERGER, J.; BŮŽEK, Z.; ZÁDĚRA, A.; STRÁNSKÝ, K.; KAFKA, V. Metalurgie oceli na odlitky. Brno: VUT v Brně – Nakladatelství Vutium, 2008. 311 s. ISBN: 978-80-214-3632-9. (CS)
TURKDOGAN, E. T.: Fundamentals of steelmaking. London: The Institute of materials, 1996. ISBN 1 86125 004 5. (EN)
ZEMČÍK, L. Žáropevné slitiny Niklu I. Skriptum, s. 43. (CS)

Doporučená literatura

Ductile Iron Handbook, AFS, Des Plaines, Illinois

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MTI-P magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program CŽV celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    obor CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Osnova

1. Historie výroby oceli a surového železa, současný stav hutní a slévárenské výroby oceli.
2. Redukce železnatých rud na vysoké peci, fyzikálně chemické základy výroby oceli v kyslíkových konvertorech. Kontinuální odlévání oceli a výroba ocelových ingotů.
3. Rozdělení a vlastnosti ocelí, koncentrace P, S a plynů v oceli v závislosti na použitém tavícím agregátu, korozivzdorné, žárovzdorné a žáropevné oceli.
4. Fyzikálně chemické základy výroby oceli v elektrických obloukových pecích. Odfosfoření, odplynění, oduhličení a odsíření oceli.
5. Princip a konstrukce elektrických indukčních pecí. Výroba oceli v elektrických indukčních a vakuových indukčních pecí.
6. Přehled metod sekundární metalurgie, fyzikálněchemické podmínky pochodů sekundární metalurgie a vliv jednotlivých postupů na vlastnosti oceli.
7. Rozdělení a vlastnosti grafitických a karbidických litin. Výroba litiny s lupínkovým, a kuličkovým grafitem v kupolových a rotačních plynových pecích. Oxidačně redukční reakce při tavení litin na kuplových a rotačních pecích.
8. Fyzikálně chemické základy tavení litiny v elektrických obloukových a indukčních pecích. Tavení a metalurgické zpracování vysokolegovaných chromových a niklových litin v elektrických indukčních pecích.
9. Očkování grafitických litin a jeho vliv na strukturně mechanické vlastnosti litin. Podstata a metody modifikace litiny s kuličkovým grafitem. Provozní kontrola metalurgické jakosti litin.
10. Rozdělení a vlastnosti neželezných kovů z pohledu jejich technologie tavení a metalurgického zpracování, fyzikálně chemické základy výroby hliníkových slitin, tavení slitin hliníku.
11. Výroba a odlévání odlitků ze slitin hliníku, podstata a kinetika odplynění slitin hliníku, stupeň naplynění (Dichte Index), metody modifikace a očkování slitin hliníku, kontrola metalurgické kvality taveniny slitin hliníku
12. Tavení a metalurgické zpracování slitin na bázi hořčíku, mědi a zinku. Použití inertních plynů při tavení a odlévání slitin hořčíku. Odplynění a dezoxidace slitin na bázi mědi a zinku.
13. Rozdělení slitin niklu a titanu z pohledu podmínek jejich tavení a odlévání, tavící agregáty pro výrobu slitin titanu a niklu, tavení a metalurgické zpracování niklových a titanových slitin ve vakuu, výroba odlitků s řízenou krystalizací ze slitin na bázi niklu a titanu.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Osnova

1. Koncentrace a aktivity prvků polykomponentního roztoku, Raoultova a Henryho aktivita, aktivitní koeficienty
2. Tepelné kapacity a výpočty směšovacích a reakčních tepel v metalurgii slitin železa
3. Výpočty disociačních napětí oxidů, rozpustnosti plynů v oceli
4. Oduhličení oceli, stanovení rovnovážné teploty uhlíkové reakce v soustavách tavenin Fe-C-Mn a Fe-C-Cr
5. Dezoxidace oceli, stanovení rovnovážné aktivity kyslíku po dezoxidaci oceli hliníkem a křemíkem
6. Redukční reakce ve slitinách železa během výroby oceli na obloukové peci, odsíření oceli, legování oceli
7. Struktura a vlastnosti litin, tavení grafitických litin
8. Metody očkování a modifikace grafitických litin
9. Provozní kontrola litin - termická analýza, mechanické a technologické zkoušky litin, měření aktivity kyslíku v litinách
10. Tavení, očkování a modifikace slitin hliníku, výroba odlitků ze slitin hliníku, odplynění slitin hliníku
11. Tavení a odlévání slitin hořčíku, výroba odlitků ze slitin hořčíku
12. Tavení a odlévání slitin mědi a zinku a výroba odlitků ze slitin mědi a zinku
13. Metalurgie slitin niklu a titanu, tavící agregáty, slévárenské formy, metody řízení krystalizace