Master's Thesis

Structure and properties of iron castings produced by investment casting technology

Final Thesis 4.27 MB

Author of thesis: Bc. Radek Hýža

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Vítězslav Pernica, Ph.D.

Abstract:

The aim of this study was to examine the structure and properties of castings made from spheroidal graphite cast iron using ceramic shell moulds. A total of eight test castings with varying wall thicknesses were produced using investment casting. The chemical composition and its influence on solidification, cooling, and the structure and mechanical properties of spheroidal graphite cast iron were investigated. The results obtained from metallographic analysis were compared with numerical simulations predicting the quality and structure of spheroidal graphite cast iron. This work provides practical conclusions that facilitate the optimization of the production process for thin-walled cast iron castings produced by investment casting.

Keywords:

Ductile iron, investment casting, graphitization, austenite decomposition

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student Radek Hýža 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: Proč ty fotky jsou tak přeleptané? zodpovězeno Jak jste určoval procenta obsahu perlitu? zodpovězeno Jak byste ovlivnil tuhnutí a chladnutí odlitků v keramické skořepině? zodpovězeno Co můžete očekávat, když zvýšíte gradient ochlazování? zodpovězeno částečně Co by se dělo se strukturou a nodularitou? zodpovězeno Má smysl izolace u silnostěnných odlitků z LKG? zodpovězeno Víte, na jaké teploty se standardně žíhají skořepiny při lití grafitických litin? nezodpovězeno Co je hlavní problém lití tenkostěnných odlitků z litiny? zodpovězeno částečně Mohlo by mít jiné očkovadlo příznivější účinek na grafitizaci? 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 výrobu odlitků z litiny s kuličkovým grafitem v technologii přesného lití na vytavitelný, resp. spalitelný model. Práce byla motivována rostoucím zájmem na výrobu odlitků z litiny s kuličkovým grafitem do keramických skořepinových forem ve fakultní slévárně FSI, VUT v Brně. V odborné a vědecké literatuře informace o struktuře, vlastnostech i chování litiny odlévaných do těchto forem zcela chybí. V teoretické části práce diplomant rozebral některé problémy související s krystalizací a strukturou litiny s kuličkovým grafitem. V experimentální části navrhnul jednoduchý experimentální odlitek a vyrobil potřebné modely a následně i keramické skořepinové formy. Bylo odlito 8 zkušebních odlitků ve kterých byly ověřeny mechanické vlastnosti a struktura odlitků v závislosti na tloušťce stěny odlitku a chemickém složení litiny. Kladně hodnotím samostatnost studenta při získávání i zpracování některých výsledků i přípravě a hodnocení metalografických vzorků. Výsledky zpracoval na dobré technické a odborné úrovni a shrnul je ve formě jasných a srozumitelných závěrů. Výsledky experimentální práce přináší nové poznatky o tuhnutí litiny s kuličkovým grafitem v keramických skořepinových formách a mají teoretický i praktický přínos jak pro fakultní slévárnu VUT, tak i průmyslovou praxi. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Předložená diplomová práce se zaměřuje na technologicky náročnou oblast tenkostěnných odlitků z litiny s kuličkovým grafitem (LKG) vyráběných metodou přesného lití. Autor v úvodu pracuje s tezí o naprosté absenci relevantní literatury k tomuto tématu. Ačkoliv v zahraničních zdrojích existují práce zabývající se se výrobou odlitků z LKG metodou vytavitelného modelu (např. Massone 2001 nebo Bo 2008), v oblasti extrémně tenkých stěn (pod 3 mm) v kombinaci s keramickou skořepinou je experimentálních dat skutečně málo oproti hojně popsané problematice odlévání tenkostěnných odlitků z LKG (TWDI) do písku.

Teoretická část práce rekapituluje spíše základy metalurgie litin. Zde mohl autor postupovat méně kompilačně a více se zaměřit na specifika tuhnutí tenkostěnných odlitků z litin za různých ochlazovacích podmínek. Problematika těchto odlitků litých do písku je již velmi dobře prozkoumaná.

Stěžejní část práce je věnována zkoumání struktury a vlastnosti zkušebních litinových odlitků z LKG s proměnlivou tloušťkou. Podmínky experimentálního odlévání jsou konfrontovány s naměřenými daty a následně validovány pomocí numerických simulací v programu ProCAST. Tento komplexní přístup přinesl první cenné poznatky využitelné pro budoucí praktické nastavení optimalizace procesu výroby tenkostěnných součástek v podmínkách přesného lití, zejména pro další výzkum ve školní slévárně FSI, VUT v Brně.

Autor splnil zadání, práce má logické upořádání a jeho systematický přístup poukazuje na adekvátnost zvolené metodiky a zvládnutí problematiky úkolu. Dále prokázal schopnost pracovat s odbornými informačními zdroji a kriticky je aplikovat v teoretické i praktické části
Z pohledu zpracování textu je má práce jen nedostatky v úpravě samotného obsahu v úvodu práce.
Diplomovou 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 B
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 B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. V práci uvádíte, že v povrchových vrstvách odlitků dochází k degradaci grafitu (výskytu červíkového grafitu) vlivem interakce hořčíku s materiálem formy. Jakým technologickým opatřením by bylo možné této degradaci na povrchu přesných odlitků v praxi zamezit?
  2. Vedla by případná korekce chemického složení, kromě hořčíku, k uspokojivějším výsledkům?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová