Detail předmětu

Fyzikálně-chemické základy výroby kovových materiálů

FSI-WFZAk. rok: 2020/2021

Fyzikálně chemické principy výroby kovových materiálů na bázi železa vycházející z termodynamické aktivity prvků a jejímu použití v metalurgických výpočtech. Výpočty termodynamické rovnováhy a rovnovážné konstanty pro prvky v polykomponentním roztoku a plyny ve slitinách železa. Základní metalurgické reakce probíhající při výrobě surového železa na vysokých pecích a výroby oceli v kyslíkových konvertorech odlévané na zařízení plynulého odlévaní a při odlévání ingotů. Pochody výroby oceli na elektrických obloukových a indukčních pecích a v zařízeních sekundární metalurgie. Principy výroby vysokolegovaných a speciálních slitin železa. Vliv použitého metalurgického zpracování na vlastnosti oceli, dosažitelné obsahy nežádoucích prvků a morfologie a distribuce vměstků. Výroba a vlastnosti litin, popis základních technologií tavení a metalurgického zpracování litin. Teorie a praxe očkování a modifikace grafitických litin. Výroba a vlastnosti neželezných kovů na bázi hliníku, hořčíku mědi a zinku. Termo-fyzikální vlastnosti slitin neželezných kovů, základní tavící agregáty a technologie zpracování neželezných slitin. Očkování, modifikace a odplynění neželezných kovů a slitin. Slitiny niklu a titanu, chemické složení, struktura, vlastnosti a použití těchto slitin. Metalurgie slitin niklu a titanu, tavící agregáty a metody řízení jejich krystalizace.

Výsledky učení předmětu

Kurs umožňuje získat základní informace o metalurgii a slévárenství slitin železa a neželezných kovů. V každé z těchto technologií je věnována pozornost surovinám, semiproduktu, zařízení, tavicím pecím, jakosti a kontrole procesů a také finálnímu výrobku. Absolvent získá možnost orientace v současných výrobních technologiích kovů.

Prerekvizity

Všeobecné znalosti a základní znalosti chemie a nauky o kovech.

Doporučená nebo povinná literatura

Ductile Iron Handbook, AFS, Des Plaines, Illinois
SHAMSUDDIN, M. Physical Chemistry of Metallurgical Processes. Published by John Wiley and Sons. Hoboken. New Jersey. pp. 585. 2016. ISBN 978-1-119-07833-3 (EN)
ŠENBERGER, J.; BŮŽEK, Z.; ZÁDĚRA, A.; STRÁNSKÝ, K.; KAFKA, V. Metalurgie oceli na odlitky. Brno: VUT v Brně – Nakladatelství Vutium, 2008. 311 s. ISBN: 978-80-214-3632-9. (CS)
TURKDOGAN, E. T.: Fundamentals of steelmaking. London: The Institute of materials, 1996. ISBN 1 86125 004 5. (EN)
MYSLIVEC, T.: Fyzikálně chemické základy ocelářství. Praha: SNTL, 1972. (CS)
ALVAREZ, A. I.; DEGALLAIX-MOREUIL, S. Duplex Stainless Steels. GREAT BRITAIN, 2009, p. 437, ISBN 978-1-84821-137-7. (EN)
ROUČKA, J. Vměstky – přehled a příčiny vzniku: Vměstky ve slitinách hliníku a hodnocení čistoty kovu. 4. Holečkova konference: Trendy ve zpracování slitin neželezných kovů. První vydání. Brno: Česká slévárenská společnost, 2011. s. 117. ISBN 978-80-02-02303-6. (CS)
MICHNA, Štefan, et al. Encyklopedie hliníku. Prešov: Adin, s.r.o., 2005. ISBN 80-89041-88-4. (CS)
CAMPBELL, J. 2003. Castings. 2. vyd. Oxford: Butterworth – Heinemann, 2003, 329 s. ISBN 0-7506-4790-6. (EN)
ZEMČÍK, L. Žáropevné slitiny Niklu I. Skriptum, s. 43. (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna cvičením zaměřených na aplikaci termodynamických výpočtů v metalurgické praxi.

Způsob a kritéria hodnocení

Zápočet se uděluje za aktivní účast na cvičeních. Zápočet je udělen na základě dosažení minimílně 60 % správných odpovědí v testu.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Cílem je získat znalosti o metalurgii a slévárenství slitin železa a neželezných kovů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičení je povinná. Kontrolovaná účast na cvičeních, 1 kontrolní test během semestru. Absence na cvičeních je řešena individuálně. Nahrazení zameškaných hodin projedná student s garantem předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MTI-P magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Historie výroby oceli a surového železa, současný stav hutní a slévárenské výroby oceli.
2. Redukce železnatých rud na vysoké peci, fyzikálně chemické základy výroby oceli v kyslíkových konvertorech. Kontinuální odlévání oceli a výroba ocelových ingotů.
3. Rozdělení a vlastnosti ocelí, koncentrace P, S a plynů v oceli v závislosti na použitém tavícím agregátu, korozivzdorné, žárovzdorné a žáropevné oceli.
4. Fyzikálně chemické základy výroby oceli v elektrických obloukových pecích. Odfosfoření, odplynění, oduhličení a odsíření oceli.
5. Princip a konstrukce elektrických indukčních pecí. Výroba oceli v elektrických indukčních a vakuových indukčních pecí.
6. Přehled metod sekundární metalurgie, fyzikálněchemické podmínky pochodů sekundární metalurgie a vliv jednotlivých postupů na vlastnosti oceli.
7. Rozdělení a vlastnosti grafitických a karbidických litin. Výroba litiny s lupínkovým, a kuličkovým grafitem v kupolových a rotačních plynových pecích. Oxidačně redukční reakce při tavení litin na kuplových a rotačních pecích.
8. Fyzikálně chemické základy tavení litiny v elektrických obloukových a indukčních pecích. Tavení a metalurgické zpracování vysokolegovaných chromových a niklových litin v elektrických indukčních pecích.
9. Očkování grafitických litin a jeho vliv na strukturně mechanické vlastnosti litin. Podstata a metody modifikace litiny s kuličkovým grafitem. Provozní kontrola metalurgické jakosti litin.
10. Rozdělení a vlastnosti neželezných kovů z pohledu jejich technologie tavení a metalurgického zpracování, fyzikálně chemické základy výroby hliníkových slitin, tavení slitin hliníku.
11. Výroba a odlévání odlitků ze slitin hliníku, podstata a kinetika odplynění slitin hliníku, stupeň naplynění (Dichte Index), metody modifikace a očkování slitin hliníku, kontrola metalurgické kvality taveniny slitin hliníku
12. Tavení a metalurgické zpracování slitin na bázi hořčíku, mědi a zinku. Použití inertních plynů při tavení a odlévání slitin hořčíku. Odplynění a dezoxidace slitin na bázi mědi a zinku.
13. Rozdělení slitin niklu a titanu z pohledu podmínek jejich tavení a odlévání, tavící agregáty pro výrobu slitin titanu a niklu, tavení a metalurgické zpracování niklových a titanových slitin ve vakuu, výroba odlitků s řízenou krystalizací ze slitin na bázi niklu a titanu.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Koncentrace a aktivity prvků polykomponentního roztoku, Raoultova a Henryho aktivita, aktivitní koeficienty
2. Tepelné kapacity a výpočty směšovacích a reakčních tepel v metalurgii slitin železa
3. Výpočty disociačních napětí oxidů, rozpustnosti plynů v oceli
4. Oduhličení oceli, stanovení rovnovážné teploty uhlíkové reakce v soustavách tavenin Fe-C-Mn a Fe-C-Cr
5. Dezoxidace oceli, stanovení rovnovážné aktivity kyslíku po dezoxidaci oceli hliníkem a křemíkem
6. Redukční reakce ve slitinách železa během výroby oceli na obloukové peci, odsíření oceli, legování oceli
7. Struktura a vlastnosti litin, tavení grafitických litin
8. Metody očkování a modifikace grafitických litin
9. Provozní kontrola litin - termická analýza, mechanické a technologické zkoušky litin, měření aktivity kyslíku v litinách
10. Tavení, očkování a modifikace slitin hliníku, výroba odlitků ze slitin hliníku, odplynění slitin hliníku
11. Tavení a odlévání slitin hořčíku, výroba odlitků ze slitin hořčíku
12. Tavení a odlévání slitin mědi a zinku a výroba odlitků ze slitin mědi a zinku
13. Metalurgie slitin niklu a titanu, tavící agregáty, slévárenské formy, metody řízení krystalizace

eLearning