636-0402/01 – Structure and Properties of Solids (SaVPL)

Gurantor departmentDepartment of Material EngineeringCredits5
Subject guarantorprof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.Subject version guarantorprof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.
Study levelundergraduate or graduateRequirementCompulsory
Year2Semestersummer
Study languageCzech
Year of introduction1999/2000Year of cancellation2009/2010
Intended for the facultiesFMTIntended for study typesBachelor
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
FIL40 Ing. František Filuš
VOD37 prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc.
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 3+2
Combined Credit and Examination 14+4

Subject aims expressed by acquired skills and competences

- Outline structure - property relationships in solids; - Characterise atomic structure and atomic bonds in solids; - Describe fundamentals of internal structure of crystalline materials; - Define point defects in crystals; - Characterise line defects in crystals and dislocation reactions in hexagonal and cubic crystal lattices; - Outline basic principles of diffusion in solids; - Describe plastic deformation mechanisms - monocrystals and polycrystals; - Define basic types of phase transformations; - Characterise failure behaviour of metallic materials.

Teaching methods

Lectures
Tutorials
Experimental work in labs

Summary

Structure-property relationships in technical materials; atomic structure and binding in solids; principles of crystallography; crystal structures of elements and binary alloys; point defects in metals and alloys; diffusion in metallic systems; line defects in crystal lattice - dislocations; solidification of metals and alloys; phase transformations in solids; hardening mechanisms.

Compulsory literature:

SMALLMAN, R.E. and R.J. BISHOP. Modern physical metallurgy and materials engineering, Sixth Edition, Oxford: Butterworth - Heinemann, 1999. ISBN 978-0-7506-4564-5. ASHBY, M.F. and D.R.H. JONES. Engineering materials 2, Second Edition, Oxford: Butterworth – Heinemann, 1998. ISBN 0 7506 4019 7.

Recommended literature:

CALLISTER, W.D. and D. G. RETHWISCH. Materials Science and Engineering. Ninth Edition. New York: John Wiley and Sons, 2014. ISBN 13 9781118319222.

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

Přednášky: · Obsah a cíl předmětu. Význam studia vztahů mezi strukturou a vlastnostmi technických materiálů. · Atomová struktura pevných látek. Stavba atomu. Bohrův model atomu. Kvantově mechanický model atomu. Periodická soustava prvků a elektronová konfigurace atomů. Ionizační energie. · Vazby v pevných látkách (iontová, kovalentní, kovová a Van der Waalsova). Krystalické a amorfní pevné látky. Základy krystalografie: teorie opakování, translační periodicita krystalů, elementární buňka, prostorová mříž, základní principy reciproké mříže, symetrie krystalů, zákony geometrické krystalografie. · Krystalové struktury prvků ( molekulární orbity, pásová teorie, struktury těsně uspořádaných atomů, struktury se směrovými vazbami). Polymorfismus. Polární struktury. Struktury binárních slitin (tuhé roztoky, uspořádané fáze, elektronové sloučeniny, slitiny s dominujícím rozměrovým faktorem, sloučeniny přechodových kovů s proměnným zastoupením, intersticiální sloučeniny). · Bodové poruchy v kovech a slitinách. Rovnovážná koncentrace bodových poruch. Vznik nerovnovážné koncentrace bodových poruch (kalení, plastická deformace). Zotavování nadbytečných bodových poruch. · Difúze v kovových soustavách. Základní rovnice difúze (I a II Fickův zákon). Atomová teorie difúze, mechanismy difúze intersticiálních a substitučních atomů. Samodifúze. Vliv teploty – tepelná aktivace. · Kanály vysoké difuzivity (difúze podél hranic zrn, podél dislokací a volných povrchů). Difúze pod napětím, difúze ve slitinách, difúze při koncentračním gradientu, vybrané příklady difúze. · Čarové poruchy krystalové mříže – dislokace. Definice, základní rozdělení, Burgersův vektor, pohyb dislokací, napěťové pole dislokace, síly působící na dislokaci, energie dislokace, vrstevné chyby. · Vzájemné působení mezi dislokacemi: protínání dislokací, pohyb stupňů na dislokacích, příčný skluz, šplhání, dislokační reakce, hustota dislokací, zdroje dislokací. · Dislokace v důležitých krystalových strukturách. KPC: dislokační reakce, Thompsonův tetraedr, vrstevné chyby a částečné dislokace. HTU: dislokační reakce, vrstevné chyby a částečné dislokace. KSC: dislokační reakce, vrstevné chyby a částečné dislokace. · Interakce dislokací s bodovými poruchami. Dislokace v systémech s uspořádáním na dlouhou vzdálenost. Hranice zrn a subzrn, rozhraní mezi fázemi. · Krystalizace kovů a slitin. Homogenní a heterogenní nukleace. Růst krystalů čistých kovů. Krystalizace slitin. Eutektická reakce. Peritektická reakce. Krystalizace odlitků (ingotů) a kontislitků. · Fázové přeměny v pevném stavu, klasifikace. Difúzní přeměny: precipitace, uspořádání, eutektoidní reakce, masívní transformace, polymorfní přeměny. Homogenní a heterogenní nukleace. Bezdifúzní přeměny. Kinetika transformací. · Deformační zpevnění. Křivky zpevnění monokrystalů s KPC, HTU a KSC strukturou. Teorie zpevnění čistých kovů. Plastická deformace polykrystalů. Zpevnění v dvoufázových materiálech. Substituční zpevnění. Precipitační zpevnění: koherentní a nekoherentní částice precipitátu. Cvičení: 1. Úvodní cvičení 2. Fázové diagramy 3.-4. Hodnocení struktur systému Fe-C 5.-6. Krystalografie 7. Bodové poruchy 8.-9. Difúze 10.-11. Dislokace 12. Krystalizace 13. Fázové přeměny 14. Zápočty

Conditions for subject completion

Combined form (validity from: 2009/2010 Winter semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
        Exercises evaluation Credit 30  15
        Examination Examination 70  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2009/2010 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2008/2009 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2007/2008 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2006/2007 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics P Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys P Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials P Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R028) Material Diagnostics K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R029) Non-ferrous Metals and Special Alloys K Czech Třinec 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Ostrava 2 Compulsory study plan
2005/2006 (B3923) Materials Engineering (3911R030) Engineering Materials K Czech Třinec 2 Compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner