Detail předmětu
Experimentální metody v materiálovém inženýrství
FSI-WEM Ak. rok: 2021/2022 Zimní semestr
Základy experimentálních metod strukturní a fázové analýzy kovových a nekovových materiálů.
Pozornost je věnována převážně studiu mikrostruktury s využitím nejmodernějších zobrazovacích technik světelné a elektronové mikroskopie a analytickým metodám studia fázové analýzy, chemického složení a fyzikálních vlastností materiálu (RTG analýza, spektroskopie, dilatometrie, atd.).
Studenti jsou seznámeni s hodnocením jednotlivých materiálových parametrů a charakteristik v souladu s platnými normami.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Znalost principů a aplikační možnosti základních metod strukturní a fázové analýzy, včetně postupů odběru a přípravy vzorků. Samostatné hodnocení strukturních složek pro všechny studované druhy materiálů a posuzování souvislostí mezi technologií výroby, strukturou a užitnými vlastnostmi materiálů.
Prerekvizity
Studium experimentálních metod používaných pro analýzu struktury (morfologie a fázového složení) materiálů vyžaduje základní znalosti fyziky a matematiky na úrovni poskytované v průběhu bakalářského studia, a také znalosti materiálových věd a inženýrství – alespoň na úrovni absolventa bakalářského studia strojního inženýrství.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení
Písemná a ústní zkouška.
Podmínky k udělení zápočtu: úplná a aktivní účast na cvičení, zápočtový test
Učební cíle
Cílem kurzu je poskytnout studentům přehled a teoretické základy všech nejběžnějších metod využívaných pro komplexní strukturní a fázovou analýzu strojírenských materiálů v současné technické praxi (fyzikální principy metod, parametry přístrojů, aplikační využití metod atd.), včetně přípravy vzorků pro jednotlivé metody.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Povinná účast na cvičeních. Absence na cvičeních je řešena individuálně.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-ZSI-P: Základy strojního inženýrství, bakalářský
specializace MTI: Materiálové inženýrství, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Základy světelné mikroskopie
- rozdělení, světelné zdroje, parametry, BF, DF, DIC, NIC, atp.
- výhody a nevýhody jednotlivých systémů, aplikační využití
2. Příprava materiálografických preparátů
- barevná metalografie v praxi (přirozený f. k. x barevné leptání)
- možná úskalí při přípravě a vyhodnocování metalografických preparátů
3. Obrazová analýza – hodnocení mikrostrukturních parametrů
- výhody a nevýhody využití systémů OA (rozlišení, prahování, atp.)
- příklady využití OA (kvantifikace fází, morfologické hodnocení, měření tlouštěk, hodnocení velikosti zrna, litin, mikročistoty, atp.)
4. Úvod do elektronové mikroskopie TEM, REM, EBSD,FIB, atd.
- princip, funkční bloky, tvorba obrazu, detekované signály, vlastnosti signálů, typy kontrastu
- využití TEM, REM – typické aplikace, požadavky na vzorky LV SEM, ESEM)
- odvozené techniky, SEM/FIB
5. Mikroanalýza chemického složení pomocí EDS, WDS, EBSD, atd.
- techniky lokální chemické a krystalografické analýzy pro SEM – přehled
- kvalitativní a kvantitativní analýzy EDS/WDS, korekce ZAF/PhiRoZ
6. Rentgenostrukturní fázová analýza (popis, použití)
- vznik RTG záření, interakce RTG záření s hmotou, difrakce RTG
- rentgenové difrakční metody
- kvalitativní a kvantitativní RTG difrakční analýza – požadavky na vzorky, detekční limity, typické aplikace, omezující faktory měření
7. Metody spektroskopické chemické analýzy
- přehled metod – výhody, nevýhody, detekční limity, rozsahy ap. využití
- opticko-emisní spektrometrie – rozdělení, fyz. princip, instrumentace
- optická emisní spektrometrie s doutnavým výbojem
- optická spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem + nové směry
- atomová absorpční spektrometrie – fyz. principy, měření absorpce
- spalovací analyzátory – analýza C, S, O, N, H v kovových materiálech
8. Dilatometrie
- základní fyz. princip, požadavky na vzorky, det. limity, aplikace,
- praktické měření + vyhodnocení
9. Hodnocení základních mikrostrukturních parametrů I.
- makročistota
- mikročistota materiálu (typy vměstků, hodnocení dle ASTM, ISO a DIN)
- hodnocení velikosti zrna dle ČSN, ASTM a ISO
- metalografické hodnocení ocelových plechů a pásů ČSN 42 0469
- hodnocení karbidické fáze dle SEP 1520
10. Hodnocení základních mikrostrukturních parametrů II.
- hodnocení karbidické fáze dle SEP 1520
- hodnocení litin dle ISO, ČSN
- hodnocení DAS a pórovitosti
11. Měření tvrdosti/mikrotvrdosti, Hodnocení vrstev po tepelném, resp. chemicko-tepelném zpracování, hodnocení svarových spojů
- hodnocení vrstev: nitridace, cementace, hloubka prokalení, atd.
- hodnocení kvality svarových spojů na základě makro a mikrostruktury
- ČSN EN ISO 6520-1, ČSN EN ISO 5818, ČSN EN 1321
12. DSC (+ DTA)
- základní fyz. princip, požadavky na vzorky, detekční limity, typické aplikace, omezující faktory měření
- praktické měření + vyhodnocení
13. Exkurze – návštěva laboratoří spřízněných pracovišť VUT
Laboratorní cvičení
27 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Aplikace fyzikálních metod (dilatometrie, rezistometrie, magnetometrie)
2. Aplikace lokální chemické mikroanalýzy v TEM a REM (EDS, WDS)
3. Rtg fázová analýza – ukázky aplikací, výpočty parametrů mřížek atd.,
4. Použití spektroskopické chemické analýzy v praxi – ukázky aplikací
5. Úvod do kvantitativní metalografie, hodnocení struktury litin
6. Hodnocení vad tvářených polotovarů a odlitků, makročistota a mikročistota materiálů – praktické aplikace
7. Hodnocení mikrostrukturních parametrů, praktické aplikace
8. stanovení velikosti zrna ocelí a neželezných slitin pomocí různých norem a metod
9. Praktické aplikace hodnocení mikrostrukturních parametrů s využitím dostupných modulů obrazové analýzy (Olympus – StreamMotion)
Cvičení
12 hod., povinná
Osnova
1. Příprava vzorků pro světelnou a elektronovou mikroskopii
2. Praktické pozorování a vyhodnocování struktury materiálů pomocí SM (užití barevného kontrastu)
3. Příklady využití TEM (substruktura, poruchy, difrakce)
4. Závěrečný test, zápočet