materi aly (18mty)mech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download/18mty... · nost materi al u,...
Post on 18-Jan-2021
1 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Materialy (18MTY)
Zimnı semestr 2020/2021
prednasky: Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.
cvicenı: Ing. Jan Falta, Ing. Michaela Neuhauserova, Ing. Vaclav Rada
https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4453
1 Napln predmetu
• Mechanicke vlastnosti materialu,
• zakladnı zkousky mechanickych vlastnostı materialu,
• hlavnı trıdy materialu,
• vliv zpracovanı na uzitne vlastnosti materialu,
• degradacnı mechanismy v materialech,
• defektoskopie.
2 Cıle
Absolvent zıska zakladnı prehled o technicky vyznamnych materialech (kovy, polymery, ke-ramika a kompozity) zalozeny na konzistentnım vykladu od atomarnıch vazeb po praktickepostupy pri technickem zpracovanı a vyrobe materialu v rozsahu zakladnıho kurzu nauky omaterialu. Porozumı hlavnım mechanickym vlastnostem materialu dulezitym pro inzenyrskoupraxi a bude seznamen se zpusobem jejich merenı prostrednictvım hlavnıch zkousek mecha-nickych vlastnostı, s nimiz se tez prakticky seznamı.
3 Literatura
V. Machek: Struktury kovovych materialu. 1. cast. Vydavatelstvı CVUT 2013V. Machek: Vlastnosti a zkousenı kovovych materialu. 2. cast. Vydavatelstvı CVUT 2014V. Machek: Specialnı kovove materialy. 3. cast. Vydavatelstvı CVUT 2014V. Machek: Vyroba a zpracovanı ocelı a litin. 4. cast. Vydavatelstvı CVUT 2014J. Pluhar: Nauka o materialu: laboratornı cvicenı. Vydavatelstvı CVUT 1988W.D. Callister, Jr.: Materials science and engineering: an introduction. John Wiley & Sons 2000Ptacek L. a kol.: Nauka o materialu I., CERM, ISBN 80-7204-283-1
4 Plan prednasek
1. Mechanicke vlastnosti materialu, mechanicke zkousky, vliv materialu na spolecnost, epo-chy lidstva urcene prevladajıcım materialem, pokrocile materialy – chytre,
”samolecive“
materialy.
1
2. Struktura materialu – atomy a valencnı elektronove orbity, Mendelejevova periodickasoustava prvku, elektronegativita, vazebne sıly (kovove, kovalentnı, iontove a molekulove).
3. Rekapitulace zakladnıch skupenstvı, krystalicka a amorfnı struktura, poruchy mrızky,elasticka a plasticka deformace, krehky a tvarny lom.
4. Tuhe roztoky, difuze, termodynamika, binarnı fazove diagramy, homogennı a heterogennıkrystalizace, velikost zrn, dosahovanı maximalnı pevnosti materialu rızenım jejich struk-tury, precipitace, segregace.
5. Ocel a litina, jejich struktury a faze, tepelne zpracovanı – kalenı a popoustenı, zıhanı,tepelne mechanicke zpracovanı ocelı.
6. Vyznamne faze a body v Fe-C diagramu, normy pro oceli. Specialnı kovove materialy proautomobilovy a letecky prumysl.
7. Nezelezne kovy, kovove peny, kovova skla, praskova metalurgie, slitiny s tvarovou pametı.
8. Polymery – struktura: polymerace, tvar makromolekul – zesıtenı, kopolymery; krystalinita,typy polymeru, hlavnı zastupci.
9. Polymery – mechanicke a tepelne vlastnosti, viskoelasticke chovanı, prechodova teplota,prımesi, technicke zpracovanı polymeru.
10. Keramika a sklo – prıciny pevnosti a krehkosti, technicky vyznamne prıklady keramiky:predevsım technicka k., beton, zaruvzdorne m., abraziva, . . .
11. Kompozity – mechanicke vlastnosti, rozhranı slozek, efektivnı vlastnosti, synergie – odporproti sırenı trhlin.
12. Kompozity – struktura, dlouho/kratko–vlaknove k., kriticka delka vlakna, materialy mat-ric a vlaken, pravidlo smesı, laminaty.
13. Degradacnı mechanismy: tecenı, unava, koroze, starnutı, radiacnı poskozenı. Defektoskopiea NDT.
5 Plan cvicenı
1. Seznamenı s podmınkami udelenı zapoctu, seznamenı s pravidly BOZP pro Laboratorexperimentalnı mechaniky CVUT FD, uvod do mechanickych zkousek pro urcovanı vlast-nostı materialu, struktura a formalnı uprava laboratornıho protokolu.
2–4. Mechanicke zkousky materialu – zkouska tahem, zkouska tvrdosti, razova zkouska ohybem.
5. Krystalografie.
6. Struktury kovovych materialu – pocetnı prıklady na slozenı slitin, procvicenı uloh narozpady tuhych roztoku.
7. Rezerva, konzultace laboratornıch protokolu.
6 Organizace nekontaktnı formy vyuky
Studenti jsou povinni sledovat aktualnı informace poskytovane vyucujıcımi predmetu prostrednictvıme-mailu a MS Teams.
2
6.1 Prednasky
Prednasky probıhajı on-line v prostredı MS Teams v case urcenem rozvrhem. Zaznamy zprednasek budou k dispozici na Moodlu (https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4453) spolu s ostatnımi podkladovymi materialy.
6.2 Cvicenı
• Zmena termınu cvicenı nenı mozna, studenti mohou navstevovat cvicenı pouze podle svehorozvrhu. Studenti opakujıcı predmet 18MTY si mohou svobodne zvolit termın cvicenı,ktery jim vyhovuje.
• Pro merenı se studenti rovnomerne rozradı do nejvyse sesti laboratornıch skupin, rozdelenıbude ustanoveno na konci prvnıho cvicenı. Pokud se student neucastnı prvnıho cvicenı,ale ma zajem predmet absolvovat, neprodlene kontaktuje cvicıcıho e-mailem se zadostı oprirazenı do laboratornı skupiny. V prıpade rozpadnutı laboratornı skupiny (ve skupinezustane pouze jeden student) student neprodlene tuto situaci oznamı svemu cvicıcımu,ktery zalezitost individualne vyresı.
• Kazda laboratornı skupina zpracuje vlastnı pısemnou prıpravu, ktera budeobsahovat strucny (nejvyse 75 slov) popis principu merenı, seznam prımomerenych velicin (vc. jednotek), seznam neprımo merenych velicin (uvedenov zadanı laboratornı ulohy) a vztahy nutne pro vypocet. Pısemnou prıpravuzasle kazda laboratornı skupina svemu vyucujıcımu nejpozdeji ve 20:00 denpred merenım dane ulohy.
• Merenı laboratornıch uloh bude probıhat nekontaktne s vyuzitım nastroje MS Teams provsechny laboratornı skupiny soucasne v case danem rozvrhem studijnı skupiny. Jednotlivelaboratornı skupiny pote obdrzı unikatnı namerena data ke zpracovanı ulohy.
• Studenti opakujıcı predmet 18MTY, kterı pri prvnım zapisu predmetu zıskali zapocet,nemusı znovu absolvovat laboratornı merenı, ale vypracujı mısto nich dalsı dve samostatneulohy. Zadanı techto uloh si studenti vyzadajı od sveho cvicıcıho e-mailem.
6.3 Harmonogram laboratornıch cvicenı
Datum Uloha
8. 10. / 15. 10. razova zkouska22. 10. / 29. 10. zkouska tvrdosti5. 11. / 12. 11. tahova zkouska
Tabulka 1: Harmonogram merenı laboratornıch uloh
6.4 Nalezitosti laboratornıho protokolu
Laboratornı protokol musı splnovat nalezitosti popsane ve vzorovem protokolu, ktery naleznetena adrese:https://moodle-vyuka.cvut.cz/mod/folder/view.php?id=97809
Na strance https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4453#section-17 nalez-nete take vzorove vyhodnocovacı skripty pro vypocetnı prostredı MatLab a Octave, ktere muzete
3
pouzıt pri zpracovanı laboratornıch protokolu. Laboratornı protokol odevzdavejte spolecne sezdrojovymi soubory pouzitymi ke zpracovanı namerenych dat.
7 Podmınky udelenı zapoctu
1. Vypracovanı a odevzdanı
• vsech protokolu z laboratornıch uloh spolecne se zdrojovymi soubory pouzitymike zpracovanı namerenych dat v podobe, kterou vyucujıcı schvalı jako uplnou aspravnou, vzdy nejpozdeji 14 dnı ode dne merenı prıslusne ulohy,
• vsech samostatnych uloh v podobe, kterou vyucujıcı schvalı jako uplnou a spravnou.
– Zadanı uloh a navody a pokyny k jejich vypracovanı jsou uvedeny v prıloze A.
2. Splnenı vsech podmınek zapoctu nejpozdeji do 14. 1. 2021.
8 Zkouska
8.1 Organizace zkousky
1. Zıskanı zapoctu je nutnou podmıkou pro moznost prihlasenı se na zkousku (bez udelenehozapoctu system KOS prihlasenı na zkousku neumoznı).
2. Omluvu ze zkousky ze zvlast’ zavaznych duvodu (po uplynutı doby odhlasovanı v systemuKOS) resı pouze manazer pro pedagogickou cinnost, Ing. Jitka Reznıckova, CSc. (reznic-kova@fd.cvut.cz).
3. Konkretnı podoba zkousky bude upresnena nejpozdeji dva tydny pred zacatkem zkouskovehoobdobı v zavislosti na vyvoji epidemiologicke situace.
4
A Zadanı laboratornıch a samostatnych uloh
A.1 Laboratornı uloha 1
Proved’te statickou zkousku tahem a vyhodnot’te namerena data. Urcete mez pevnosti, mezkluzu, taznost a Younguv modul pruznosti. Pro zkousku pouzijte pomerovou dlouhou zkusebnıtyc.
A.1.1 Mericı zarızenı a pomucky
• Zatezovacı stolice Instron 3382 (ovladacı software Bluehill Universal)
• Posuvne meridlo
• Lihovy popisovac
(a) Elektromechanicka zatezovacı stolice (b) Vzorek
Obrazek 1: Tahova zkouska
A.1.2 Postup merenı
• Zmerte prurezovou plochu vzorku.
5
Obrazek 2: Vickersuv tvrdomer
• Na vzorku vyznacte pocatecnı delku, ktera odpovıda dlouhe tyci.
• Upevnete vzorek do celistı zatezovacı stolice.
• Pozadejte vyucujıcıho o spustenı testu.
• Ulozte zaznam z merenı.
• Zmerte delku vzorku po pretrzenı.
A.2 Laboratornı uloha 2
Proved’te zkousku tvrdosti podle Vickerse, vyhodnot’te Vickersovu tvrdost a spravne ji zapiste.Na zadanem vzoku proved’te 10 merenı, z obdrzenych vysledku stanovte prumer a smerodatnouodchylku.
A.2.1 Postup merenı
• Zapnete osvetlenı mikroskopu tvrdomeru.
• Vlozte zadany vzorek na stolek tvrdomeru.
• Otacenım rucnıho kola nastavte vysku stolku tak, aby byl na matnici videt zaostrenyobraz.
• Po pokynu vyucujıcıho stlacte paku 1.
• Po predepsane dobe vydrze stlacte paku 2.
• Na matnici pomocı pohyblivych meridel odectete delky uhloprıcek ctvercoveho vtisku.
6
(a) Matnice s pohyb-livymi meridly
(b) Detail vtisku indentacnıhohrotu (porızeno elektronovymmikroskopem)
Obrazek 3: Zkouska tvrdosti podle Vickerse
A.3 Laboratornı uloha 3
Proved’te a vyhodnot’te razovou zkousku v ohybu. Test proved’te na vzorku o pokojove teplotea na vzorku zchlazenem mrazicım sprejem. Pro oba vzorky urcete narazovou praci a vypoctetevrubovou houzevnatost. Vysledky spravne zapiste.
A.3.1 Mericı zarızenı a pomucky
• Charpyho kladivo
• Posuvne merıtko
• Mrazicı sprej
A.3.2 Postup merenı
• Zmerte rozmery vzorku potrebne k vyhodnocenı zkousky a zakotujte je do nacrtku vdomacı prıprave.
• Umıstete zkouseny vzorek na podpory Charpyho kladiva.
• Nastavte rucku cıselnıku do nulove polohy.
• Na pokyn vyucujıcıho vyzdvihnete kladivo a zajistete zapadku.
• Pozadejte vyucujıcıho o uvolnenı zapadky kladiva.
• Na cıselnıku odectete energii kladiva.
• Proved’te kyv kladiva naprazdno pro zjistenı vnitrnıch odporu stroje. Zapadku kladivauvolnı vyucujıcı!
7
(a) v klidu (b) pred spustenım
Obrazek 4: Charpyho kladivo
(a) Intaktnı vzorek (b) Poruseny vzorek
Obrazek 5: Zkusebnı vzorek pro razovou zkousku
A.4 Samostatna uloha 4
Urcete teoretickou hustotu materialu zadaneho v tabulce 2. Potrebne vlastnosti daneho prvkuzıskejte z duveryhodneho zdroje (uved’te citaci). Vlastnosti krystalicke mrızky, na kterychteoreticka hustota zavisı, se menı s teplotou. Uved’te proto, pro jakou teplotu Vami nalezenehodnoty platı.
mesıc narozenı prvek mesıc narozenı prvek mesıc narozenı prvek
leden Ni kveten Al zarı Vunor Au cerven Cr rıjen Mo
brezen Ir cervenec Pb listopad Agduben Pd srpen W prosinec Li
Tabulka 2: Prvky pro ulohu 4
8
A.5 Samostatna uloha 5
Napiste, ktere faze jsou prıtomne ve slitine z diagramu na obrazku 6 o chemickem slozenızadanem vzorcem 1 a teplote zadane vzorcem 2. Dale urcete vzajemny pomer techto fazı vtuhem roztoku pri danem chemickem slozenı a teplote (pouzijte pakove pravidlo). Rovnez urceteprumernou hustotu tuheho roztoku s danym chemickym slozenım pri normalnı teplote. Uvazujte,ze rozlozenı fazı a prvku v nich je v celem uvazovanem objemu homogennı. Hustoty dılcıch prvkuSn a Pb naleznete v duveryhodnem zdroji a uved’te na nej citaci. Obrazek k dalsımu zpracovanınaleznete ke stazenı na: https://moodle-vyuka.cvut.cz/mod/folder/view.php?id=99554.
T [ C]
100%Pb100%Sn
0 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
60
120
180
240
300
hm. %Pb
ββ
α+β
α
L
L+ α L+
10
327 C
232 C
183 C
2.5 61.9 80.8
Obrazek 6: Binarnı diagram s eutektickou premenou
X = 10 +den narozeni ∈< 1; 31 >
0.45[hm.%Pb] (1)
T = 80 +mesic narozeni ∈< 1; 12 >
0.12[oC] (2)
9
B Tematicke okruhy pro pısemnou a ustnı cast zkousky
B.1 Okruhy prıkladu
1. Vyhodnocenı tahove zkousky - vypocet zakladnıch charakteristik (pocatecnı prurez, pocatecnımerena delka, mez kluzu, mez pevnosti, taznost, kontrakce, Younguv modul pruznosti),prace s pracovnım diagramem
2. Vyhodnocenı vnikacı zkousky - urcenı tvrdosti na zaklade znameho obrazu vtisku azatızenı, spravny zapis
3. Vyhodnocenı razove zkousky - vrubova houzevnatost
4. Unavova zivotnost (dle Wohlerovy krivky) - staticka pevnost, mez unavy
5. Vlastnosti krystalicke mrızky - teoreticka hustota, koeficient smestnanosti
6. Millerovy indexy
7. Rovnovazne binarnı diagramy - popis, prace s diagramem, slozenı slitiny, faze ve slitine,chemicke slozenı fazı
8. Ochlazovacı krivky - cisty kov, smes fazı, eutekticka slitina
9. Prevody hmotnostnıch, objemovych a atomovych podılu
10. Diagramy rozpadu austenitu - prace s diagramem
11. Difraktometrie - Bragguv zakon
12. Vypocet efektivnıch vlastnostı kompozitu
B.2 Okruhy teoretickych otazek
1. Stavba atomu – kvantovanı elektronu
2. Vazby mezi atomy
3. Stavba atomu, atomova hmotnost, gramatom
4. Krystalicka struktura v pevnych latkach
5. Krystalicka stavba kovu
6. Modifikace zeleza
7. Krystalograficke pojmy urcovanı bodu, smeru a roviny
8. Poruchy krystalove struktury
9. Elasticka deformace
10. Plasticka deformace
11. Termodynamicka rovnovaha, Gibbsuv zakon fazı
12. Zakladnı druhy transformacı, druhy fazovych premen
10
13. Krystalicke bunky tuhych roztoku v oceli
14. Krystalizace kovu a slitin, prubeh krystalizace u kovu a slitin
15. Soustava s neomezenou rozpustnostı v tekutem a tuhem stavu
16. Soustava s uplnou rozpustnostı v tekutem a castecnou rozpustnostı v tuhem stavu
17. Terminalnı a intermedialnı faze
18. Eutekticka premena
19. Eutektoidnı premena
20. Peritekticka premena
21. Krystalizace eutekticke slitiny
22. Krystalizace podeuteklicke slitiny
23. Krystalizace nadeutekticke slitiny
24. Uhlık ve slitinach zeleza
25. Transformace v ocelıch
26. Faze v diagramu Fe-Fe3C
27. Ocel a litina. Rozdıly
28. IRA diagram
29. ARA diagram
30. Martenziticka premena
31. Bainiticka premena
32. Vytvrzovanı
33. Tepelne zpracovanı ocelı
34. Druhy tepelneho zpracovanı
35. Zıhanı ocelı
36. Kriticka rychlost ochlazovanı pri kalenı na martenzit
37. Zakalitelnost
38. Prokalitelnost
39. Povrchove kalenı
40. Termalnı kalenı
41. Chemicko tepelne zpracovanı ocelı
42. Cementovanı a nitridovanı
11
43. Mechanicke zkousky kovovych materialu
44. Mechanicke charakteristiky zıskane pri zkousce tahem
45. Hookuv zakon
46. Zkouska tahem
47. Zkousky tvrdosti
48. Tecenı materialu
49. Relaxace napetı
50. Houzevnatost a zkouska vrubove houzevnatosti
51. Unava materialu
52. RTG difrakcnı metody
53. Svetelna a elektronova mikroskopie
54. Dulezite vazby v polymerech
55. Nejznamejsı a nejvıce vyrabene polymery a jejich mery
56. Co rozumıme pod pojmem konfigurace. Je konfigurace z chemickeho hlediska trvala?
57. Vysvetlete pojem krystalinita
58. Prısady v polymerech
59. Rozdıl mezi termoplasty a reaktoplasty
60. Vysvetlete pojem teplota skelneho prechodu
61. Hlavnı mechanismy zpevnovanı polymeru
62. Rozdelenı kompozitnıch materialu
63. Materialy pro polymernı matrice kompozitu, vlastnosti
64. Vlakna pro dlouhovlaknove kompozity, druhy, vlastnosti
65. Co je lamina a laminat, jak se znacı orientace jeho lamin a jaka je jeho odolnost protijednotlivym druhum namahanı
66. Prepregy (vysvetlit vyznam zakladnı vlastnosti prepregu) a zpusoby vyroby dlouhovlaknovychkompozitu
67. Mechanismy podminujıcı vysokou vrbovou houzevnatost vlaknovych kompozitu
68. Kratkovlaknove kompozity: jejich vyhody a nevyhody, pouzitı
69. Kratkovlaknove kompozity: vliv koncu kratkych vlaken, kriticka delka vlakna
70. Co je podstatou betonu, jaka je jeho struktura a z jakych skupenstvı se vytvrzeny betonsklada?
71. Jaky je vliv cementu na pevnost betonu? Jake druhy cementu se nejcasteji pouzıvajı(vyjmenujte alespon dva)?
12
top related