Detail předmětu

Kovové materiály

FCH-MC_KOVAk. rok: 2021/2022

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.

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 (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).

Prerekvizity

Znalosti o anorganické chemii, struktuře materiálů a fyzikální chemii.

Doporučená nebo povinná literatura

J. Wasserbauer, J. Tkacz, M. Březina: Praktikum z kovových materiálů, VUT, Brno 2017. (CS)
W.D. Callister, Jr.: Materials Science and Engineering: An Introduction. 5th ed., John Wiley & Sons, Inc. 2000. (CS)
D. Vojtěch: Kovové materiály, VŠCHT, Praha 2006. (CS)
L. Ptáček a kol.: Nauka o Materiálu I,II. CERM, Brno 2003. (CS)
Z. Jonšta: Nauka o kovech II. VŠB-TU, Ostrava 2000. (CS)
P. Kratochvíl, P. Lukáč, B. Sprušil: Úvod do fyziky kovů I. SNTL, Praha 1984. (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)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.
Laboratorní cvičení - 4 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

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.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

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.

Cíl

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).

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

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program NKCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný