Detail předmětu
Fyzika materiálů
FSI-5FM Ak. rok: 2023/2024 Zimní semestr
Předmět Fyzika materiálů má poskytnout studentům teoretický základ nutný pro komplexní řešení materiálových problémů. Je koncipován jako fyzikální podklad zpracovatelských technologií kovových konstrukčních materiálů, tj. tváření, svařování, obrábění a slévání . Zahrnuje též fyzikálněchemické základy výroby a zpracování keramických a makromolekulárních látek. Vytváří tak interdisciplinární vazbu s technologiemi nekovových materiálů. Poskytuje informace o deformačním a lomovém chování materiálů, mechanismech porušování a základech lomové mechaniky. Znalost předmětu je předpokladem pro tvůrčí činnost v oborech inženýrského studia, tj. strojírenské a slévárenské technologie a materiálového inženýrství.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Předmět navazuje na znalosti z oblasti stavby atomů, chemické termodynamiky, elektrochemie, krystalické stavby kovů, rovnovážných a nerovnovážných fázových přeměn s konkretizací na kovové soustavy, znalostí v oblasti deformačního a lomového chování materiálů a souvislostí mezi strukturou a vlastnostmi kovových i nekovových materiálů.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
100% účast ve cvičeních, odevzdání všech protokolů z laboratorních cvičení na odpovídající věcné i grafické úrovni, zpracování závěrečné semestrální práce započítané do klasifikačního hodnocení u zkoušky. Při zkoušce jsou prověřovány znalosti především písemnou formou z tématických okruhů, se kterými jsou studenti na začátku semestru seznámeni. V ústní části zkoušky student zodpoví dotazy k ověření dílčích znalostí. Výsledná klasifikace zahrnje: hodnocení protokolů z laboratorních cvičení, výsledek písemné zkoušky a ústního pohovoru.
Účast ve cvičeních je povinná, neúčast musí být řádně omluvena,průběžné odevzdávání protokolů.Znalosti z probírané látky budou prověřovány formou krátkých testů. V případě omluvené neúčasti ve cvičeních bude dané téma nahrazováno formou individuálních zadání.
Učební cíle
Cílem předmětu Fyzika materiálů je seznámit studenty s vnitřní stavbou reálných krystalických i nekrystalických materiálů (kovů, polymerů, keramiky) a dopad interakcí a distribuce poruch na jejich užitné a technologické vlastnosti. Úkolem předmětu je poskytnout poznatky o relacích mezi fázovým složením a transformacemi materiálů a mechanickými i křehkolomovými vlastnostmi.
Tento předmět je zařazen jako povinně volitelný ve 3. ročníku obecného bakalářského studia. Jeho volba je doporučena v případě, že student hodlá volit obor M-KSB či M-MTI.
Předmět Fyzika materiálů umožňuje studentům získat znalosti o vnitřní stavbě konstrukčních materiálů a o termodynamických a kinetických aspektech jejich fázových přeměn. Jsou probírány zákony i popis difúzních pochodů s konkretizací na dané fázové přeměny. Student se rovněž seznámí s deformačním a lomovým chováním materiálů, se základy lomové mechaniky a s vybranými degradačními procesy (koroze, opotřebení).
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-ZSI-P: Základy strojního inženýrství, bakalářský
specializace STI: Základy strojního inženýrství, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Periodická soustava prvků. Vazby v pevných látkách
Vnitřní stavba kovů a slitin, polymerů a keramických materiálů
Poruchy vnitřní stavby a jejich význam
Termodynamika fázových přemen u čistých látek, roztoků a intermediární fází. Entalpické diagramy.
Kinetika fázových přeměn
Difúze v kovech a slitinách
Použití termodynamiky, kinetiky a difúze ve fázových přeměnách. Přeměny řízené difúzí. Bezdifúzní přemeny
Elastická, anelastická a plastická deformace. Druhy zpevnění. Odpevňovací pochody
Základy lineárně-elastické a elasto-plastické lomové mechaniky
Lomové chování kovů a slitin – tvárný, křehký, únavový lom a lom při creepu
Lomové chování polymerů a keramiky
Ostatní degradační procesy, materiálů – koroze,opotřebení aj.
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Krystalové struktury I – Millerovy indexy směrů a rovin
Krystalové struktury II – Základní atomy v krystalové mřížce
Struktura a vlastnosti polymerů
Termodynamiky čistých látek – určování závislostí H,S,G = (T)
Termodynamika roztoků – stanovení termodynamické aktivity metodou nosného plynu. Test
Entalpické diagramy pro základní rovnovážné diagramy
Entalpické diagramy pro soustavu Fe – Fe3C
Velikost a růst austenitického zrna – stanovení hnací síly růstu, kinetika růstu zrna
Difúze – I a II. Fickův zákon
Přeměny přechlazeného austenitu – tvorba proeutektoidního feritu. Test
Přeměny přechlazeného austenitu – konstrukce diagramů IRA A ARA
Plastická deformace – stanovení exponentu zpevnění
Lomová houževnatost – zkoušení, metodika a výpočty,odevzdání semestrální práce
Rentgenostrukturní analýza – stanovení mezirovinných vzdáleností a zápočet