Fyzika materiálů (FSI-5FM-A)

Akademický rok 2021/2022
Garant: Ing. Martin Zelený, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMVI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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).
Prerekvizity:
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.
Obsah předmětu (anotace):
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.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
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.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
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.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 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 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
Literatura - základní:
1. Askeland D.R.,Phulé P.P.: The science and enginering of materials, Toronto, Canada 2006
2. Callister, W.D., Jr. Materials Science and Engineering, John Wil.....
3. Smallmen,R.E.:Modern Physical Metallurgy Butterworths, Kent, England 1985
4. Anderson,J.C.:Materials Science, Chapmen&Hall, London 1990
Literatura - doporučená:
1. Askeland D.R.,Phulé P.P.: The science and enginering of materials,...
2. Ptáček L. a kol.: Nauka o materiálu I a II, Akademické nakladatelství CERM, 2001 a 2002
3. Pluhař,J. a kol." Fyzikální metalurgie a mezní stavy materiálůl, SNTL/ALFA Praha 1987
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-STI-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 5 Doporučený kurs 1 1 Z
B-STI-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 5 Doporučený kurs 1 2 Z