Master's Thesis

Structure and properties of cast iron brake disc castings

Final Thesis 6.16 MB

Author of thesis: Bc. Adam Poláček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vítězslav Pernica, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis examines the influence of carbon content and pouring temperature on the natural frequency of cast iron brake discs in the automotive industry. The objective is to analyze and interpret the acquired knowledge. The theoretical section provides an in-depth analysis of natural frequency and associated vibro-acoustic phenomena. Special attention is also dedicated to a review of existing studies, specifically focusing on the effects of chemical elements, mechanical properties, manufacturing processes, and heat treatment on the natural frequency. Furthermore, a part of the thesis is devoted to the actual production, material of discs and currently utilized manufacturing technologies.
The experimental section involves research aimed at determining the impact of carbon content and pouring temperature on the natural frequency of brake discs. Continuous attention is paid to the effects of natural aging on the natural frequency. The evaluated natural frequency data were subjected to regression analysis and analysis of variance (ANOVA). The research also includes the influence of microstructure on the natural frequency. For experimental purposes, heat treatment of selected manufactured discs was conducted to achieve a microstructural transformation. The natural frequency of the heat-treated discs was afterwards evaluated. Finally, the microstructure was analyzed, and the results of the heat-treated and original discs were compared and interpreted.

Keywords:

cast iron, brake disc, natural frequency, graphite, regression, carbon, pouring temperature

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student Adam Poláček svou prezentací seznámil zkušební komisi s obsahem práce. Práce byla přednesena ve stanoveném čase. Po prezentaci a přečtení posudků práce byl student vyzván k zodpovězení otázek oponenta, které podrobně zodpověděl. K práci byly vzneseny připomínky a následující otázky: Jakou zkoušku jste použil pro měření tvrdosti? zodpovězeno V experimentální části práce vám chybí, jakou metodu jste zvolil pro měření frekvence. Uveďte ji. zodpovězeno Jak jste určil sulfidy a nitridy? zodpovězeno Jakým způsobem probíhal váš experiment ve slévárně? zodpovězeno Jakým způsobem se změní hodnota frekvence kotouče po obrobení? zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Foundry Technology (N-SLE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Lichý, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Milan Horáček, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Tomek (člen)

Diplomová práce byla zaměřena na vlastnosti a strukturu materiálu automobilových brzdových kotoučů. Diplomová práce vznikala ve výrobních podmínkách jednoho z předních světových producentů brzdových kotoučů ve spolčenosti MAT Foundry Group v Hradci Králové. V experimentální části nejprve diplomant popsal požadavky na tento typ odlitků a dále materiály pro jejich výrobu a vhodné výrobní technologie. Dále popsal metodiku hodnocení kvality brzdových kotoučů z hlediska jejich struktury a útlumu vibrací. V rámci diplomové práce byl navržen zkušební odlitek brzdového kotouče a bylo dále zhotoveno modelové zařízení pro bezrámovou automatickou formovací linku. V práci byl naplánován i realizován rozsáhlý experiment s využitím plánovaného experimentu (DOE). Výstupem experimentální části bylo zhodnocení vlastní frekvence kotoučů a jejich struktury v závislosti na technologických parametrech zvolené licí teploty a koncentrace uhlíku v litině. Výsledky experimentů byly detailně zpracovány s využitím statistických metod. Práce přináší zajímavé výsledky jak z hlediska vědy, tak mají významný přínos i pro konkrétního výrobce těchto odlitků. Práce je zpracována na dobré technické a odborné úrovni. Množství experimentálních dat a snaha o jejich maximální zpracování a zhodnocení měla v některých pasážích práce vliv na přehlednost a srozumitelnost této práce. I přes tyto mírné nedostatky práce přináší nové a původní výsledky s vysokým potenciálem pro užití v praxi. Velice kladně hodnotím přístup a samostatnost studenta s přípravou, realizací i hodnocením rozsáhlé experimentální činnosti. Student prokázal schopnost samostatně a na dobré odborné a vědecké úrovni provést a zhodnotit náročný experiment i prokázal schopnost samostatně vyvozovat z naměřených výsledků logické závěry. Práci hodnotím jako dobrou a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Předložená diplomová práce Bc. Adama Poláčka se zabývá aktuálním tématem predikce vlastních frekvencí brzdových kotoučů v závislosti na metalurgických faktorech, což je klíčové pro potlačení nežádoucích vibračně-akustických jevů u automobilů. V úvodní rešeršní části (kapitoly 1 až 3) autor popisuje základní vhled do užívaných materiálů litých brzdových kotoučů a uvádí nejužívanější slévárenské technologie pro jejich výrobu. Teorii uzavírají teoretické základů mechanického kmitání. Text je logicky strukturován, avšak obsahuje také logické pochybení v kauzalitě mechanických vlastností, když autor tvrdí, že "vysoká křehkost šedé litiny je způsobena velmi nízkou tažností" nebo že "vrubová citlivost zvyšuje mez únavy brzdových kotoučů".

V experimentální části, která tvoří jádro práce, oceňuji provedení a vyhodnocení rozsáhlého experimentu. Z inženýrského pohledu jsou získané výsledky a sestavený regresní model přínosné pro průmyslovou praxi a prokázaly mnohá tvrzení shodující se s tvrzením v zahraniční literatuře. Experimentem bylo potvrzeno, že chemické složení má vetší vliv na vlastní frekvenci kotouče než např. stárnutí, což je v rozporu s opačným tvrzením na str. 28 v teorii této práce, že "stárnutí ovlivní frekvenci častokrát i více než chemické složení".

Celkově je práce logicky uspořádaná, ale je patrná snížená formální pečlivost autora, zejména v oblasti práce s literaturou, kde rezignoval na chronologii číselných indexů a využil neadekvátní zdroje(např. Youtube), které mohou být zanedlouho nedohledatelné. Dále se autor označuje rovnice dvojím typem, přičemž označení nad nebo pod rovnicí se nepoužívá. Vedle toho má práce závažné formální nedostatky v citačním aparátu. V textu zcela chybí odkazy na zdroje č. 38, 39, 43 a 77. Např na. straně 16 došlo k záměně citace autora.
Práce má sice grafickou úpravu na dobré úrovni, ale přesto, že autor použil dle prohlášení částečnou korekturu textu pomocí AI, objevují se zde nespisovné tvary slov, gramatické chyby, chybějící interpunkce, nesprávné předložky a duplicity.
I přes tyto vady má práce vysoký praktický přínos. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací D
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 1.1.1 tvrdíte, že vrubová citlivost zvyšuje mez únavy a cyklické tepelné namáhání na kotoučích. Vrubový účinek však obecně únavovou pevnost součástí snižuje. Můžete definovat, co je to vrubová citlivost a jak se projevuje u litiny s lupínkovým grafitem. Vysvětlete mechanismus, jakým by mohl vrub mez únavy zvýšit?
  2. „Jak si vysvětlujete, že vzorky DD a DH(faktory) mají podle vašich tabulek 12 a 14 v podstatě stejné chemické složení i teplotu lití, tvrdost i uhlíkový ekvivalent, ale přesto mají velmi odlišnou mikrostrukturu grafitu? Co bylo tou skutečnou technologickou příčinou takového rozdílu ve struktuře? Nebylo vhodné zjistit, zda-li nejde o anomálii např. tím, že se podíváte na mikrostrukturu dalších 2 náhodně vybraných kotoučů?
  3. V rámci faktorového plánu jste pro středový bod SS zvolil stejný počet vzorků (60) jako pro body krajní. Můžete zdůvodnit, proč jste počet měření v centrálním bodě neposílil, což je standardní postup pro přesnější odhad chyby modelu a nelinearity?
  4. „Prováděli jste v závěru experimentu namátkové zkoušky obrobených kotoučů, abyste zjistili, jaký vliv má finální opracování na vlastní frekvenci? Domníváte se, že odstranění licí kůry (a s ním spojená relaxace pnutí) nebo změna tuhosti po obrobení může efekt stárnutí, který jste naměřil u hrubých odlitků, eliminovat, nebo jej naopak zesílit?“

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová