Detail předmětu

Teoretické základy oboru

FSI-POBAk. rok: 2025/2026

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

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav strojírenské technologie (ÚST)

Vstupní znalosti

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).

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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.
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je povinná.
Kontrolovanou výukou je účast na cvičení, presenci vede cvičící. V případě absencí cvičící zadá téma samostatné písemné práce.

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.
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.

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

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-SLE-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Osnova

  1. Popis látek pomocí fyzikálních veličin, term fyzikální a termodynamické vlastnosti látek.
  2. Povrchové napětí kovů a slitin, měření povrchového napětí.
  3. Hydrostatika – smáčivost kapalin, penetrace taveniny do formy, vztlak kapalin.
  4. Hydrodynamika – ideální kapalina, Bernoulliho rovnice, volný proud, proudění v kanálech vtokové soustavy
  5. Hydrodynamika – vazná kapalina, viskozita, hydraulické ztráty, ztrátová výška, kapalina, Bernoulliho rovnice, volný proud, proudění v kanálech vtokové soustavy, proudění laminární a turbulentní, zabíhavost kovů a slitin.
  6. Termodynamika krystalizace, tři odlišné oblasti s různou strukturou zrn v makrostruktuře odlitku, přehled teorií jejich vzniku.
  7. Způsoby přenosu tepla, vedení, sálání a proudění tepla, koeficienty přestupu tepla.
  8. Nukleační stadium krystalizace, rychlost nukleace, model homogenní nukleace a heterogenní nukleace na rovinné podložce. Modely heterogenní nukleace v dutinách žárovzdornin.
  9. Stádium růstu krystalů, transport tepla na fázovém rozhraní a v soustavě forma-odlitek. Transport hmoty na fázovém rozhraní, vznik segregace prvků při krystalizaci.
  10. Konstituční přechlazení, morfologie fázového rozhraní.
  11. Řízení krystalizace kovů, dynamické metody, modifikace taveniny, řízení krystalizace ve stadiu růstu krystalu, monokrystaly.
  12. Krystalizace základních typů slévárenských slitin. Objemové změny při tuhnutí odlitků a jejich důsledky, tepelné uzly, soustředěné a rozptýlené staženiny. 12
  13. Vznik tepelných a fázových napětí v odlitku. Důsledky napjatosti v chladnoucím odlitku, vznik trhlin, prasklin a zborcení odlitku, možnosti snižování napjatosti v odlitku.

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Osnova

1. Praktické zkoušky zabíhavosti (Curryho spirála, rozdílné tl.destičky), hliník, litina
2.Termofyzikální vlastnosti formy, experimentální určení součinitele tepelné akumulace formy bf
3. Tuhnutí odlitků, experimentální zjištění konstanty tuhnutí
4. Experimentální měření teplotních polí v odlitku a ve formě, kondenzační zóna
5. Experimentální měření průběhů teplot v odlitku a v neizolovaném, izolovaném a exotermickém nálitku
6. Průběh tuhnutí experimentálního odlitku

7. Smrštování odlitků během chladnutí, měření tvaru a rozměrů odlitků pomocí 3D skenování.

Cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

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