Technologie a materialy v letectvı 1 (21TML1)

Zimnı semestr 2020/2021

prednasky: Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

cvicenı: Ing. Michaela Neuhauserova

https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4457

1 Napln predmetu

• Mechanicke vlastnosti materialu,

• zakladnı zkousky mechanickych vlastnostı materialu,

• hlavnı trıdy materialu,

• vliv zpracovanı na uzitne vlastnosti materialu,

• defektoskopie,

• degradacnı mechanismy v materialech.

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, logika EN systemu vysvetlena na ucelu aodlisnostech jednotlivych skupin ocelı. Specialnı kovove materialy pro automobilovy aletecky 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, 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, materialymatric 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.

2

6 Organizace nekontaktnı formy vyuky

Studenti jsou povinni sledovat aktualnı informace poskytovane vyucujıcımi predmetu prostrednictvıme-mailu a MS Teams.

6.1 Prednasky

Prednasky probıhajı on-line v prostredı MS Teams v case urcenem rozvrhem, prıpadne v casedanem vzajemnou dohodou mezi prednasejıcım a studenty. Zaznamy z prednasek budou kdispozici na Moodlu (https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4457) spolu sostatnımi podkladovymi materialy.

6.2 Cvicenı

• Pro merenı laboratornıch uloh se studenti rovnomerne rozradı do nejvyse sesti labo-ratornıch skupin, rozdelenı bude ustanoveno na konci prvnıho cvicenı. Pokud se stu-dent neucastnı prvnıho cvicenı, ale ma zajem predmet absolvovat, neprodlene kontaktujecvicıcıho e-mailem se zadostı o prirazenı do laboratornı skupiny. V prıpade rozpadnutılaboratornı skupiny (ve skupine zustane pouze jeden student) student neprodlene tutosituaci 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.

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=98298. Na strancehttps://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=4457#section-15 naleznete take vzo-rove vyhodnocovacı skripty pro vypocetnı prostredı MatLab a Octave, ktere muzete pouzıt prizpracovanı laboratornıch protokolu. Laboratornı protokol odevzdavejte spolecne se zdrojovymisoubory pouzitymi ke zpracovanı namerenych dat.

3

7 Podmınky uspesneho absolvovanı cvicenı

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 nejpozdeji do 14. 1. 2021.

8 Klasifikovany zapocet

1. Uspesne absolvovanı cvicenı je nutnou podmınkou pro moznost zıskanı klasifikovanehozapoctu na zaklade zaverecneho overenı znalostı studentu.

2. Konkretnı zpusob udelovanı klasifikace bude upresnen nejpozdeji dva tydny pred zacatkemzkouskoveho obdobı 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=99551.

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 pısemny test na zaklade ktereho buderozhodnuto o klasifikaci

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