Teoretické základy oboru (FSI-POB)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚST všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Teoretické základy oboru je seznámit studenty se základními procesy probíhajícími během plnění formy roztavenými slitinami, při jejich krystalizaci a ochlazování na pokojovou teplotu s důrazem na cílevědomé řízení těchto procesů umožňující získání odlitku s předepsanými užitnými vlastnostmi.
Výstupy studia a kompetence:
Student získá znalosti o základních procesech probíhajících během plnění formy roztavenými slitinami, při jejich krystalizaci a ochlazování na pokojovou teplotu s důrazem na cílevědomé řízení těchto procesů umožňující získání odlitku s předepsanými užitnými vlastnostmi.
Prerekvizity:
Student musí mít znalosti z termodynamiky a kinetiky fázových transformací (difúze, rovnovážné fázové diagramy, fázové přeměny a jejich vliv na strukturu a vlastnosti), z termomechaniky (stacionární a nestacionární přenos tepla vedením, vnitřní zdroje, přenos tepla konvekcí) a z hydromechaniky (znalosti o vlastnostech tekutin, rovnováze sil v tekutinách za klidu, o pohybu tekutin v silových polích).
Obsah předmětu (anotace):
Předmět seznamuje studenty s fyzikálními vlastnostmi roztavených slitin, jejich prouděním v kanálech formy a interakcemi mezi taveninou a formou. Modely nukleačního stadia krystalizace a stadia růstu vytváří nutný základ pro cílevědomé řízení krystalizace odlitků. Analýza pochodů v chladnoucím odlitku je zaměřena na vznik napětí v odlitku, důsledky a možnosti jeho snižování.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínkou udělení zápočtu je účast na cvičení. Zkouška se skládá ze dvou částí - písemné a ústní. Zkouška prověřuje písemnou formou znalosti z tématických okruhů, se kterými jsou studenti seznámeni na přednáškách. Ústní část zkoušky slouží k ověření dílčích znalostí a upřesnění klasifikace.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je povinná.
Kontrolovanou výukou je účast na cvičení, presenci vede cvičící. V případě absencí cvičící zadá téma samostatné písemné práce.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  7 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Hydraulické poměry při odlévání odlitků, volný proud, proudění v kanálech vtokové soustavy.
2. Fyzikální vlastnosti roztavených slitin, proudění laminární a turbulentní, zabíhavost, smáčení formy taveninou, penetrace taveniny do formy.
3. Termodynamika krystalizace, tři odlišné oblasti s různou strukturou zrn v makrostruktuře odlitku, přehled teorií jejich vzniku.
4. Způsoby přenosu tepla, vedení, sálání a proudění tepla, koeficienty přestupu tepla.
5. Nukleační stadium krystalizace, rychlost nukleace, model homogenní nukleace a heterogenní nukleace na rovinné podložce. Modely heterogenní nukleace v dutinách žárovzdornin.
6. Stádium růstu krystalů, transport tepla na fázovém rozhraní a v soustavě forma-odlitek.
7. Transport hmoty na fázovém rozhraní, vznik odmíšení.
8. Konstituční přechlazení, morfologie fázového rozhraní.
9. Řízení krystalizace kovů, dynamické metody, modifikace taveniny, řízení krystalizace ve stadiu růstu krystalu, monokrystaly.
10. Krystalizace základních typů slévárenských slitin.
11. Objemové změny při tuhnutí odlitků a jejich důsledky, tepelné uzly, soustředěné a rozptýlené staženiny.
12. Ochlazování odlitků z teploty solidu, objemové změny při fázové transformaci v tuhém stavu, smršťování kovů, změny mechanických vlastností, vznik tepelných a fázových napětí v odlitku.
13. Důsledky napjatosti v chladnoucím odlitku, vznik trhlin, prasklin a zborcení odlitku, možnosti snižování napjatosti v odlitku.
    Laboratorní cvičení 1. Praktické zkoušky zabíhavosti (Curryho spirála, rozdílné tl.destičky), hliník, litina
2. Modelování proudění ve vtokové soustavě - plexisklový model, proudění ve vtokových jamkách + simulace
3.Termofyzikální vlastnosti formy, experimentální určení součinitele tepelné akumulace formy bf
4. Tuhnutí odlitků, experimentální zjištění konstanty tuhnutí
5. Experimentální měření teplotních polí v odlitku a ve formě, kondenzační zóna
6. Experimentální měření průběhů teplot v odlitku a v neizolovaném, izolovaném a exotermickém nálitku
7. Průběh tuhnutí experimentálního odlitku
    Cvičení 1. Úvod do proudění kovu, teorie zabíhavosti, základní zkoušky zabíhavosti
2. Vtokové soustavy, typy, výpočet jednoduchých vtokových soustav (podtlaková, přetlaková)
3. Úvod do měření teplotních polí, možnosti měření termočlánky, optickými pyrometry, termokamerou
4. Nálitkování odlitků, výpočet modulů, vyhodnocení experimentů
5. Simulace tuhnutí na PC, predikce staženin, porovnání simulace s experimentem
6. Pnutí a deformace odlitků, simulace napjatosti na PC
Literatura - základní:
1. Flemings, M.C.: Solidification Processing. 1st ed. New York: McGraw-Hill Book Company. 1974
2. Nobuo Sano ed.: Advanced Physical Chemistry for Process Metallurgy. 1st ed. San Diego: Academic Press. 1997
3. Campbell, J.: Castings. 1st ed. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1997
4. Karlsson, L.: Modeling in Welding, Hot Powder Forming and Casting. 1st ed. Materials Park, Ohio: ASM International. 1997
Literatura - doporučená:
1. Slovák, S., Rusín, K.: Theory of casting (in Czech), 1st ed.. Praha: SNTL. 1990
2. Vilčko, J., Slovák, S.: Casting technology (in Slovak), 1st ed. Praha: SNTL. 1987
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-SLE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 L