Bachelor's Thesis

Determination of residual austenite content using low energy back-reflected electrons

Final Thesis 4.01 MB

Author of thesis: Bc. Adam Kellner

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Jan Čupera, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Judas, Ph.D.

Abstract:

The bachelor thesis deals with the measurement of residual austenite content in martensitic quenched hypereutectoid steel. The measurements were carried out using several methods, the principles of which are described in the thesis. For experimental verification, two samples with the same carbon concentration (1.1 wt.% C) but different quenching temperatures (770 °C and 930 °C) were prepared. For both samples, the as-quenched microstructure was evaluated using four methods: light microscopy, X-ray diffraction (XRD), and two different detectors in a scanning electron microscope (SEM). One was an electron backscatter diffraction (EBSD) detector, while the other was an energy-selective backscattered electron (EsB) detector, used to verify the suitability of this method and compare the results with the others. In the first sample, quenched from the standard temperature (770 °C), residual austenite was barely detected by any of the methods. Therefore, the suitability of the approaches was assessed primarily on the sample quenched from the non-standard temperature (930 °C). In this sample, residual austenite was successfully measured and confirmed by all methods, including the EsB detector.

Keywords:

retained austenite, martensitic quenching, steel, scanning electron microscopy, EsB detector 

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval svoji bakalářskou práci a úspěšně odpověděl na dotazy oponenta práce. Položené dotazy v rámci obhajoby bakalářské práce: 1) Jaká je fyzikální příčina vyššího kontrastu u metody EsB? - částečně odpovězeno 2) Jaká je struktura nadeutektoidní oceli po kalení? - odpovězeno 3) Jaká z použitých metod má v praxi největší validitu? - odpovězeno 4) Jaký mají význam rozdílné barvy v EBSD mapě? - odpovězeno 5) Jaké jsou potenciální chyby pří přípravě vzorků pro měření zbytkového austenitu? - částečně odpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Stanislava Fintová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (předseda)
Ing. Libor Válka, CSc. (místopředseda)
Ing. Lukáš Řehořek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Daniel Drdlík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Jan Čupera, Ph.D.

Splnění stanoveného cíle: Předložená bakalářská práce se věnuje problematice stanovení obsahu zbytkového austenitu v ocelích pomocí nízkoenergetických zpětně odražených elektronů za využití detektoru EsB a konvenčními technikami. Student se k zadanému tématu postavil systematicky. Úspěšně vypracoval literární rešerši konvenčních kvantifikačních metod i fyzikální podstaty skenovací elektronové mikroskopie a v praktické části realizoval komplexní sérii měření a srovnání strukturních dat. Na základě dosažených výsledků a jejich diskuse lze konstatovat, že stanovené cíle práce byly beze zbytku splněny.

K postupu řešení problému, výsledkům a konkrétnímu přínosu studenta: Postup řešení problému byl zvolen velmi logicky a metodicky správně, což spolu s nadstandardním rozsahem experimentu. V praktické části student samostatně zvládl kompletní metalografickou přípravu nadeutektoidní oceli i analýzu na světelném mikroskopu. Pokročilé a na obsluhu náročné techniky (SEM-EBSD a XRD) mu byly z provozních důvodů naměřeny, student však byl osobně přítomen u celého procesu snímkování na SEM, což mu umožnilo vidět fungování systému v reálném čase. Získaná data pak samostatně zapracoval a prezentoval. Konkrétním přínosem studenta je přehledné srovnání jednotlivých metod, kde prokázal spolehlivost nízkonapěťového EsB snímkování pro obrazovou analýzu zbytkového austenitu u kalených ocelí. Výsledky mají vysokou využitelnost v praxi.

Slabším článkem této kapitoly je však schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry. Přestože student správně identifikoval vliv krystalografické textury na chybu v XRD analýze a pokusil se o odvození fází z binárního diagramu, samotná diskuze výsledků zůstala spíše na popisné úrovni. Zasloužila by si podstatně hlubší fyzikálně-metalurgické srovnání naměřených dat s teoretickými předpoklady a text na několika místech trpí formulační neobratností.

Samostatnost studenta při zpracování tématu: V laboratorním prostředí pracoval student spolehlivě a k experimentu přistupoval iniciativně. Při zpracování textu práce se však projevila až přílišná snaha o nezávislost, která se negativně promítla do časového harmonogramu konzultací. Kvůli slabšímu časovému managementu student pracoval dlouho izolovaně a hrubou verzi textu předložil k revizi až v samotném závěru před odevzdáním. To znemožnilo průběžné odstraňování chyb a detailnější diskuzi struktury textu s vedoucím. Na druhé straně je však nutné vyzdvihnout studentovu vysokou akceschopnost a odolnost vůči stresu, neboť dokázal v časové tísni velmi rychle implementovat podstatnou část věcných připomínek a odevzdat ucelené dílo

K formální úpravě a jazykové úrovni: Zatímco logické uspořádání kapitol je na dostatečné úrovni, samotná grafická, stylistická úprava a pravopis vykazují silné nedostatky. Na textu je patrný velký spěch při dokončování a absence finální autorské korektury. V práci zůstaly četné grafické vady, jako jsou pozůstatky nevhodného automatického dělení slov z původního formátování do bloků (např. „nadeutek­toidní“, „řádkova­cím“), a hrubé překlepy (např. „nezpadá“ v úvodu na str. 11, „lektronové trysky“ v popisku Obr. 13). Závažným nedostatkem jsou stylistické neobratnosti měnící smysl odborného sdělení, jako na straně 11, kde student neúmyslně označuje křehkost za „žádoucí“ vlastnost martenzitické oceli.

Práce s literaturou včetně citací je zpracována na dobré úrovni. Drobnou výhradou je opomenutí některých doporučených základních monografií (např. Reimer) v seznamu literatury a drobná nekonzistence, kdy v českém textu student správně používá zkratku „hm. % C“, ale v anglickém abstraktu uvádí „wt.%“.

Kontrola originality textu: Předložená práce byla zkontrolována v systému Theses.cz za účelem ověření originality textu. Systém vykázal celkovou nízkou míru shody ve výši 8,7 %. Detailní analýza protokolu prokazuje, že se jedná výhradně o shody v oficiálních administrativních náležitostech (šablona VUT, zadání práce), v ustálené odborné metalurgické terminologii a v zápisech bibliografických citací. Práce nevykazuje žádné rysy plagiátorství a je plně originální.

Splnění požadavků a doporučení k obhajobě Práce svými experimentálními parametry, rozsahem i praktickou využitelností výsledků splňuje požadavky standardně kladené na bakalářské práce v daném oboru. Student prokázal schopnost samostatné laboratorní práce. Kvalitní experimentální základ práce však zbytečně sráží její slabší formální a jazyková úroveň, na níž se negativně podepsala absence průběžných konzultací a spěch při dokončování textu. Vzhledem k nesporné odborné kvalitě praktické části práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení B – velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jakub Judas, Ph.D.

Bakalářská práce Adama Kellnera se zabývá možnostmi stanovení zbytkového austenitu pomocí metody nízkoenergetických zpětně odražených elektronů (EsB), a to pro případ nadeutektoidní uhlíkové oceli ochlazované ze dvou rozdílných kalících teplot. Práce má obvyklé řazení kapitol s celkovou velikostí 39 stran a se 14 citovanými zdroji.

Teoretická část práce je rozdělena do dvou kapitol, kdy v první se autor nejprve věnuje problematice martenzitického kalení a okolnostem vzniku zbytkového austenitu. V druhé kapitole jsou poté shrnuty čtyři rozličné metody, které umožňují stanovení zbytkového austenitu po kalení oceli. Rešeršní část je napsána pro čtenáře srozumitelně, přehledně, má dobrou grafickou úroveň a splňuje cíle kladené v rámci bakalářské práce.

V experimentální části práce se student zabývá stanovením obsahu zbytkového austenitu pro případ oceli s 1,1 % uhlíku, která byla pro účel studie kalena ze dvou rozdílných teplot. Obsah austenitu byl postupně stanoven čtyřmi metodami, a to světelnou mikroskopií, RTG difrakcí, technikou EBSD a novější metodou EsB. Pro jednotlivé metody byly získány odlišné výsledky podílu zbytkového austenitu, které autor následně porovnává a diskutuje validitu a použitelnost jednotlivých technik. Výsledkem práce je konstatování, že metoda EsB je konkurenceschopnou technikou pro stanovení podílu fází v tepelně zpracované oceli.

Předloženou bakalářskou práci považuji za moderně zpracovanou se zaměřením na konkrétní praktický problém. Pozitivně také hodnotím vhodně zvolený experiment a přehledné využití dostupných metod pro jeho řešení. Na základě výše uvedeného doporučuji práci Adama Kellnera k obhajobě s výsledným hodnocením A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) Může autor blíže vysvětlit důvody, proč RTG difrakce tak výrazně nadhodnocuje obsah zbytkového austenitu pro případ oceli ochlazované z nižší kalící teploty?
  2. 2) Je možné využít také rozdílného magnetického chování přítomných fází (martenzit vs austenit) pro stanovení obsahu zbytkového austenitu?
  3. 3) Jaký je dopad následně aplikovaného popouštění na mikrostrukturu zakalené oceli a obsah zbytkového austenitu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová