Master's Thesis

Analysis of creep behavior of ceramic shells during the investment casting process and its effect on dimensional accuracy

Final Thesis 5.93 MB

Author of thesis: Bc. Matěj Záviský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Myška, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on analyzing the behavior of ceramic shells used in high-temperature investment casting technology and evaluating their impact on the final dimensional accuracy of castings. The main objective is to identify the causes of high-temperature mold deformation through experimental evaluation of thermomechanical properties, sag tests, and case studies during actual casting. The work delves deeper into phase transformations and the influence of alkaline impurities, which lead to the formation of a glass phase and subsequent plastic flow of the shell material. The findings and proposed optimization of process parameters contribute to improving the dimensional stability and structural integrity of manufactured industrial components.

Keywords:

dimensional stability, high-temperature deformation, thermomechanical properties

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student Matěj Záviský 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: Jak vyřešit bulging u vámi testovaného odlitku? zodpovězeno Co má dominantní vliv na prohnutí skořepiny? zodpovězeno Jaká byla teplota žíhání skořepiny? zodpovězeno Jakou metodou jste měřil průhyb? zodpovězeno Na základě čeho, jste volil velikost závaží? zodpovězeno Proč jste některé vzorky vkládal do přehřáté a některé do nepředehřáté pece? zodpovězeno U XRD analýzy jste spektra identifikoval sám nebo jste dostal výsledky? 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)

Supervisor’s report
Ing. Martin Myška, Ph.D.

Předložená práce se zabývá aktuálním tématem vysokoteplotní deformace forem, takzvaným bulgingem. Tento jev je kritický pro rozměrovou přesnost odlitků. V teoretické části práce prokázal student schopnost hluboké rešerše a rozebral témata od principů technologie vytavitelného modelu a rozdílných přístupů výroby přes metrologická měření a rozbor mechanismů degradace skořepin až po reologické modely vysokoteplotní deformace.

V experimentální části práce student provedl značné množství testů – od měření pevnosti v ohybu, testů teplotní zátěže, analýzy strukturních charakteristik a fyzikálních vlastností skořepin, pokročilé materiálové analýzy (XRD, SEM a EDS) až po v neposlední řadě praktický test vydutí skořepiny na testovacím modelu v reálných podmínkách, což považuji za nejhodnotnější část práce. Za zásadní přínos považuji exaktní potvrzení vlivu tepelné izolace na dramatický nárůst deformace a experimentální důkaz, že přítomnost sodíku vede ke vzniku nízkotavitelných fází (albitu), které způsobují viskózní tok a ztrátu stability skořepinové formy.

Práce s literaturou je na velmi dobré úrovni, neboť student využil doporučenou literaturu i aktuální vědecké studie z let 2020–2025. Oceňuji také využití osobních konzultací s experty z Akademie věd ČR a z průmyslové praxe. Využití generativní AI pro stylistické úpravy a rešerši je v práci transparentně deklarováno v souladu s etikou.

Student pracoval velmi samostatně a aktivně vyhledával možnosti realizace experimentů. Jeho diplomovou práci považuji za velmi dobrou a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Předložená diplomová práce Bc. Matěje Záviského se zabývá vysoce aktuálním tématem analýzy vysokoteplotního chování keramických skořepin při procesu přesného lití a jeho vlivem na výslednou rozměrovou přesnost odlitků. Cílem práce bylo teoreticky analyzovat mechanismy vysokoteplotního creepu a fázové degradace forem a následně experimentálně ověřit vliv zvolených parametrů na jejich rozměrovou stabilitu a na tzv. bulging.
Teoretická část práce začíná stručnou charakteristikou technologie vytavitelného modelu a možností aditivní výroby. Dále logicky navazuje rozborem faktorů ovlivňujících rozměrovou přesnost a detailním popisem termomechanického chování skořepin za vysokých teplot. Teoretický blok je vhodně zakončen reologickým popisem mechanismů viskoplastického tečení prostřednictvím mechanických modelů.
Experimentální část se věnuje komplexnímu souboru zkoušek – od stanovení pevnosti v ohybu za tepla přes modifikované testy teplotní zátěže (Sag test) až po reálné zkoušky vydutí forem a měření základních fyzikálních vlastností (pórovitost, objemová hmotnost). Výsledky jsou cenným způsobem doplněny o strukturní validaci pomocí rentgenové difrakce a skenovací elektronové mikroskopie s energiově disperzní spektroskopií.

Práce je zpracována na velmi dobré jazykové úrovni, s logickou strukturou a přehledným členěním kapitol. Použitá slévárenská terminologie i názvosloví jsou v souladu s technickou praxí. Nicméně bych upozornil na některé pojmy, které nejsou zcela přesné a bylo by vhodné se jim v dalších pracích vyvarovat. Jedná se například o:
„obrovská cena“ (str. 16) – vhodnější by bylo „vysoká cena“, „slabá pevnost skořepiny za tepla“ (tab. 1), sjednocení pojmů „břečka“ a „suspenze“ – vzhledem k odbornému charakteru textu doporučuji ponechat technický termín „suspenze“, termín „staircase effect (schodišťový efekt)“ – v odborné terminologii se častěji používá označení „schodovitý efekt“.

Rovněž grafické zpracování schémat, lomových ploch z elektronového mikroskopu i XRD spekter je na vysoké úrovni a poskytuje čtenáři jasný obraz o řešené problematice. Použité výzkumné metody jsou plně dostačující a cíle práce stanovené v zadání byly beze zbytku splněny.

K vytyčenému cíli a rozsáhlému experimentu však v závěru postrádám jednoznačnější a konkrétnější doporučení pro slévárenskou praxi (např. jasně definované technologické okno – limitní teploty a časy expozice, případně korelace s tepelným modulem), které by přineslo okamžitý návod, jak vzniku vady vydutí (bulgingu) účinně předcházet. Formulace závěrů tak v některých pasážích zůstává spíše v rovině popisu vědeckých zjištění než praktických doporučení.

I přes uvedené nedostatky se jedná o nadstandardní diplomovou práci s hlubokým vědeckým vhledem do problematiky vysokoteplotní degradace forem. Experimentální část práce je svým rozsahem nadstandardní. Práci jednoznačně doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm 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 A
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 A
Topics for thesis defence:
  1. 1. V diskuzi výsledků (kapitola 5.6 a 5.7) dáváte do souvislosti vysokoteplotní expozici skořepiny s tvorbou nízkotavitelných skelných fází a fázovými transformacemi. Jaký konkrétní vliv má toto fázové složení a lokální pokles viskozity na rychlost creepové deformace (vydutí formy) v reálném čase lití, kdy na formu působí metalostatický tlak kovu? Lze na základě Vašich měření odhadnout kritické časové okno, během kterého je forma nejvíce náchylná k deformaci?
  2. 2. Jaká konkrétní nápravná opatření (např. úprava tloušťky formy, změna materiálu ostřiva lícní vrstvy či modifikace pojiva) byste na základě Vašich výsledků doporučil slévárně, která se potýká s výrazným bulgingem u rozměrných deskových odlitků?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová