653-2002/04 – Nauka o materiálech (NOM)
| Garantující katedra | Katedra materiálového inženýrství a recyklace | Kredity | 7 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Petra Váňová, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Petra Váňová, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2023/2024 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student je schopen:
- popsat základní krystalovou stavbu pevných látek;
- vysvětlit základní termodynamické pojmy a jejich význam při studiu materiálů;
- charakterizovat základní děje – tuhnutí a fázové přeměny v pevném stavu – v jednosložkových soustavách;
- rozlišit chování dvousložkových soustav a popsat eutektickou, eutektoidní, peritektickou a peritektoidní reakci;
- analyzovat složitější rovnovážné dvousložkové diagramy;
- popsat chování metastabilní i stabilní soustavy železo – uhlík a odvodit vlastnosti typických slitin;
- popsat mechanizmy zpevňování a základní postupy tepelného zpracování materiálů;
- vysvětlit základní zkoušky mechanických vlastností a podstatu mechanických vlastností;
- vysvětlit mechanizmy zpevňování a postupy tepelného zpracování materiálů;
- charakterizovat jednotlivé skupiny technických materiálů – kovy, keramika, polymery, kompozity z hlediska jejich rozdělení, struktury, vlastností a použití.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Předmět Nauka o materiálech je určen studentům nižších ročníků bakalářského studia technických oborů. Shrnuje poznatky z krystalové stavby pevných látek, termodynamiky pevných látek, je zde popsáno chování jednosložkových a dvousložkových soustav, z nichž se podrobněji věnuje soustavě železo-uhlík, podle které krystalují ocel a litiny. Zabývá je jednak rovnovážným stavem soustavy, ale i stavem, který vzniká za nerovnovážných podmínek ochlazování. V rámci předmětu jsou vysvětleny základní zkoušky mechanických vlastností a podstata mechanických vlastností. Stručně jsou popsány mechanizmy zpevňování a základní postupy tepelného zpracování materiálů. V rámci úvodu do studia materiálů jsou charakterizovány jednotlivé skupiny technických materiálů – kovy, keramika, polymery, kompozity, a to z hlediska jejich rozdělení, struktury, vlastností a použití. Cílem předmětu je propojit teoretické poznatky o vnitřní stavbě materiálů a jejím vlivu na vlastnosti a následnou aplikaci materiálů v praxi.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžné ověření studijních výsledků:
prezenční forma studia - 2 písemné testy, 3 programy zpracované v průběhu semestru;
kombinovaná forma studia - 3 programy zpracované v průběhu semestru.
Závěrečné ověření studijních výsledků: písemná a ústní zkouška.
E-learning
LMS Moodle
Další požadavky na studenta
Nejsou žádné další zvláštní požadavky.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
1. Úvod do studia materiálů. Základní druhy materiálů využívaných člověkem v průběhu historického vývoje; příklady – postupné zdokonalování jednotlivých druhů materiálů. Základní metody studia struktury materiálů a jejich limity.
2. Základní užitné vlastnosti materiálů – rozdělení, jejich význam v technické praxi, základní mechanické zkoušky (tahová zkouška, zkoušky tvrdosti, zkouška rázem v ohybu podle Charpyho).
3. Vnitřní stavba pevných látek, základy krystalografie, poruchy krystalové stavby. Základy difúze.
4. Základy termodynamiky pevných látek; soustavy, složky, fáze; stavy termodynamických soustav; Gibbsův zákon fází. Jednosložkové soustavy; tuhnutí v jednosložkové soustavě, nukleace pevné fáze, kritická velikost zárodku (stabilní, nestabilní zárodek), homogenní vs. heterogenní nukleace; fázové přeměny v pevném stavu.
5. - 7. Dvousložkové soustavy a jejich rovnovážné diagramy, základní typy – soustava s neomezenou rozpustností v pevném stavu, soustava s eutektickou, peritektickou reakcí; soustava s eutektoidní, peritektoidní reakcí. Složitější dvousložkové soustavy s fázovými přeměnami v pevném stavu a s intermediárními fázemi.
8. - 10. Soustava železo – uhlík (Fe-C); metastabilní diagram; základní druhy reakcí; fázový a strukturní popis metastabilního diagramu; základní struktury v metastabilní soustavě Fe-C; výpočty fázového a strukturního složení v metastabilní soustavě Fe-C.
11. Stabilní soustava Fe-C, rozdíly oproti metastabilní soustavě; grafitické litiny, rozdělení, základní charakteristiky. Základní fázové přeměny austenitu při ochlazování – přeměny difúzní (ferit, perlit), částečně difúzní (bainit); bezdifúzní (martenzit).
12. Kovy a jejich slitiny – železné kovy (oceli, litiny), neželezné kovy (slitiny hliníku, mědi, niklu), nejvýznamnější příklady; vlastnosti, použití. Keramické materiály – porézní a technická keramika, příklady, vlastnosti, použití.
13. Polymery – termoplasty, reaktoplasty a elastomery, nejvýznamnější příklady, vlastnosti, použití. Kompozity – dělení kompozitních materiálů podle výztuže (částicové, vláknové kompozity), dělení podle matrice (polymerní, kovová, keramická), příklady, vlastnosti, použití.
Cvičení:
1. Úvodní cvičení – osnova, podmínky zápočtu, bezpečnost práce v laboratořích, základy metalografie (teorie).
2. Základy metalografie – příprava vzorků (broušení, leštění, leptání – principy), metalografické mikroskopy (princip, zvětšení, rozlišení) - exkurze v metalografické laboratoři.
3. Základní mechanické zkoušky – tahová zkouška, zkoušky tvrdosti, zkouška rázem v ohybu podle Charpyho (princip, vzorky, vyhodnocení) – exkurze v mechanické zkušebně.
4. Vyhodnocení základních mechanických vlastností – PROGRAM č. 1 (5 body).
5. Základy krystalografie – zakreslování směrů a rovin v kubické mřížce, výpočet úhlů mezi směry a rovinami – PROGRAM č. 2 (5 bodů).
6. TEST 1 (6 bodů), úvod do binárních diagramů, ochlazovací křivky.
7. Popis základních binárních diagramů, ochlazovací křivky (diagramy s eutektickou a eutektoidní, peritektickou a peritektoidní přeměnou).
8. Základní binární diagramy – výpočet podílů fází a strukturních součástí pomocí pákového pravidla.
9. Složitější typy binárních diagramů – PROGRAM č. 3 (5 bodů). Vyhodnocování vzorků binárních slitin – aplikace binární diagram, mikrostruktura (siluminy, mosazi, bronzy).
10.-11. Metastabilní diagram Fe-C – ochlazovací křivky, výpočty podílu strukturních součástí – (aktivita 1 bod).
12. Pozorování mikrostruktury ocelí a litin s různým obsahem uhlíku. Základní metody strukturní analýzy, stanovení podílu fází bodovou metodou, stanovení velikosti strukturních součástí, aplikace na mikrostrukturu (oceli, neželezné kovy, kompozity) (aktivita 1 bod).
13. TEST 2 (7 bodů), zápočty.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky