Detail předmětu

Kovové materiály

FCH-MC_KOV1Ak. rok: 2024/2025

Kovy železné, výhody a nevýhody kovových materiálů, základní materiálové charakteristiky, výroba oceli. Neželezné kovy a koroze, přehled použití neželezných kovů, korozní odolnost vs. chemická reaktivita, typy koroze a protikorozní ochrana. Kovová vazba a mřížka – porovnání typů vazeb, vlastnosti kovové vazby, uspořádání atomů v krystalové mříži, mřížkové poruchy, zpevnění pomocí hranic zrn. Stav látky, termodynamika, kinetika, difuze, fáze – zákony popisující děje v kovových materiálech, vužití difuze, fázové pravidlo, charakter krystalické struktury. Rovnovážné fázové diagramy – dendrity, vztah mezi rovnovážnými diagramy a vlastnostmi slitin. Fázový diagram Fe-Fe3C – metastabilní soustava Fe-Fe3C, polymorfie, tuhé roztoky, strukturní směsi, vliv obsahu uhlíku na mechanické vlstnosti Fe-Fe3C. Tepelné i mechanické zpracování kovů – kování oceli, způsoby tepelného zpracování oceli i litiny, precipitační rozpad, austenitizace, TTT diagramy, vliv legur na vlastnosti ocelí. Základní typy ocelí a jejich značení – norma ČSN EN 10020, prvky doprovodné a přísadové, prvky karbidotvorné, grafitotvorné, austenitotvorné a feritotvorné, praktické dělení ocelí. Koroze a povrchové úpravy – degradace materiálu, chemická reaktivita vs korozní odolnost, Pourbaix diagram, elektrochemická ochrana. Neželezné kovy – Al, Cu, Zn, Mg, Ni, Ti, nízkotavitelné a vysokotavitelné kovy, ušlechtilé kovy. Přednáška od odborníka z oboru kovů – kovy, povrchové úpravy, technologické procesy, tepelná úprava, spojování kovových materiálů, atd. Příklady z praktických analýz ze smluvních výzkumů provedených na fakultě chemické VUT v Brně. Opakování učiva a diskuse o důvodu používání a nezbytnosti kovových materiálů.
Laboratorní cvičení: Úvodní hodina, laboratorní řád, bezpečnost práce, seznámení s přístroji. Pevnost v tahu – stanovení pevnosti v tahu železných i neželezných slitin. Metody odběru a preparace vzorků pro metalografické hodnocení. Příprava metalografických vzorků – broušení, leštění, leptání. Světelná mikroskopie – pozorování mikrostruktury. Rastrovací elektronová mikroskopie s energiově disperzním spektrometrem – pozorování mikrostruktury a stanovení prvkového složení. Mechanické vlastnosti – tvrdost. Stanovení korozní odolnosti a rychlosti. Povrchové úpravy kovových materiálů. Elektrochemie – potenciodynamické křivky. Tepelné zpracování kovů – kalení, žíhání. Volný týden pro náhradu výuky v případě svátků či omluvené neúčasti. Závěrečný test. Prezentace výsledků získaných za celé praktikum.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav chemie materiálů (ÚCHM)

Vstupní znalosti

Znalosti o anorganické chemii, struktuře materiálů a fyzikální chemii.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Zápočet bude udělen po odevzdání všech protokolů a splnění zápočtového testu.
Zkouška je, po udělení zápočtu a splnění rozřazovacího testu, ústní. Váha rozřazovacího testu je 10 %, váha hodnocení zápočtu je 40 % a váha ústní zkoušky je 50 % z celkového hodnocení. Ústní zkouška je možná, až po udělení zápočtu z laboratorního cvičení.
Část předmětu je realizována formou přednášky, na níž je účast dobrovolná.
V laboratorní části předmětu je povinná 100% účast. Formu a čas náhrady v případě omluvitelné neúčasti (úmrtí v rodině, lékařem potvrzené zdravotní omezení, státní reprezentace, reprezentace školy, dopravcem potvrzený výpadek spoje) stanoví vyučující.

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.
Cílem laboratorního cvičení je naučit studenty praktické zvládnutí základní přípravy kovového vzorku pro pozorování jeho struktury, dokumentace a interpretace výsledků. Dalším cílem je aplikace znalostí nabytých v teoretických předmětech při reálných experimentech, zejména konfrontace pozorované struktury a fázových diagramů, vztah struktury a vlastností (mechanických, korozních).
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 (mez pevnosti, korozivzdornost, svařitelnost, kalitelnost),
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).

Základní literatura

D. Vojtěch: Kovové materiály, VŠCHT, Praha 2006. (CS)
J. Wasserbauer, J. Tkacz, M. Březina: Praktikum z kovových materiálů, VUT, Brno 2017. (CS)
L. Ptáček a kol.: Nauka o Materiálu I,II. CERM, Brno 2003. (CS)
M. Hluchý, O. Modráček, R. Paňák: Strojírenská technologie 1, 2.díl Metalografie a tepelné zpracování. Sciantia, s.r.o., Praha 1999. (CS)
P. Fremunt, T. Podrábský: Konstrukční oceli. CERM, Brno 1996. (CS)
P. Kratochvíl, P. Lukáč, B. Sprušil: Úvod do fyziky kovů I. SNTL, Praha 1984. (CS)
W.D. Callister, Jr.: Materials Science and Engineering: An Introduction. 5th ed., John Wiley & Sons, Inc. 2000. (CS)
Z. Jonšta: Nauka o kovech II. VŠB-TU, Ostrava 2000. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHTM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program NKCP_CHTM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Osnova

Přednášky:
1. Úvod – kovy železné, výhody a nevýhody kovových materiálů, základní materiálové charakteristiky, výroba oceli.
2. Úvod 2 – neželezné kovy a koroze, přehled použití neželezných kovů, korozní odolnost vs. chemická reaktivita, typy koroze a protikorozní ochrana.
3. Kovová vazba a mřížka – porovnání typů vazeb, vlastnosti kovové vazby, uspořádání atomů v krystalové mříži, mřížkové poruchy, zpevnění pomocí hranic zrn.
4. Stav látky, termodynamika, kinetika, difuze, fáze – zákony popisující děje v kovových materiálech, využití difuze, fázové pravidlo, charakter krystalické struktury.
5. Rovnovážné fázové diagramy – dendrity, vztah mezi rovnovážnými diagramy a vlastnostmi slitin.
6. Fázový diagram Fe-Fe3C – metastabilní soustava Fe-Fe3C, polymorfie, tuhé roztoky, strukturní směsi, vliv obsahu uhlíku na mechanické vlastnosti Fe-Fe3C.
7. Tepelné i mechanické zpracování kovů – kování oceli, způsoby tepelného zpracování oceli i litiny, precipitační rozpad, austenitizace, TTT diagramy, vliv legur na vlastnosti ocelí.
8. Základní typy ocelí a jejich značení – norma ČSN EN 10020, prvky doprovodné a přísadové, prvky karbidotvorné, grafitotvorné, austenitotvorné a feritotvorné, praktické dělení ocelí.
9. Koroze a povrchové úpravy – degradace materiálu, chemická reaktivita vs korozní odolnost, Pourbaix diagram, elektrochemická ochrana.
10. Neželezné kovy – Al, Cu, Zn, Mg, Ni, Ti, nízkotavitelné a vysokotavitelné kovy, ušlechtilé kovy.
11. Přednáška od odborníka z oboru kovů – kovy, povrchové úpravy, technologické procesy, tepelná úprava, spojování kovových materiálů, atd.
12. Příklady z praktických analýz ze smluvních výzkumů provedených na fakultě chemické VUT v Brně.
13. Opakování učiva a diskuse o důvodu používání a nezbytnosti kovových materiálů.

Laboratorní cvičení:
1. Úvodní hodina, laboratorní řád, bezpečnost práce, seznámení s přístroji.
2. Pevnost v tahu – stanovení pevnosti v tahu železných i neželezných slitin
3. Metody odběru a preparace vzorků pro metalografické hodnocení.
4. Příprava metalografických vzorků – broušení, leštění, leptání.
5. Světelná mikroskopie – pozorování mikrostruktury.
6. Rastrovací elektronová mikroskopie s energiově disperzním spektrometrem – pozorování mikrostruktury a stanovení prvkového složení.
7. Mechanické vlastnosti – tvrdost.
8. Stanovení korozní odolnosti a rychlosti.
9. Povrchové úpravy kovových materiálů.
10. Elektrochemie – potenciodynamické křivky.
11. Tepelné zpracování kovů – kalení, žíhání.
12. Volný týden pro náhradu výuky v případě svátků či omluvené neúčasti.
13. Závěrečný test. Prezentace výsledků získaných za celé praktikum.

Konzultace v kombinovaném studiu

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Laboratorní cvičení

52 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.