Detail předmětu
Experimentální metody v materiálovém inženýrství II
FSI-WEM Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr
Základy experimentálních metod strukturní a fázové analýzy kovových materiálů.
Pozornost je věnována převážně studiu mikrostruktury s využitím současných zobrazovacích technik světelné a elektronové mikroskopie a analytickým metodám studia fázové analýzy, chemického složení a fyzikálních vlastností materiálu (RTG analýza, spektroskopie, dilatometrie, atd.).
Studenti jsou seznámeni s hodnocením jednotlivých materiálových parametrů a charakteristik v souladu s platnými normami.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Studium experimentálních metod používaných pro analýzu struktury (morfologie a fázového složení) materiálů vyžaduje základní znalosti fyziky, matematiky a materiálových věd na úrovni odpovídající danému ročníku bakalářského studia.
Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů
Písemná a ústní zkouška.
Podmínky k udělení zápočtu: úplná a aktivní účast na cvičení
Povinná účast na cvičeních. Absence na cvičeních je řešena individuálně.
Učební cíle
Cílem kurzu je poskytnout studentům přehled a teoretické základy nejběžnějších metod využívaných pro komplexní strukturní a fázovou analýzu strojírenských materiálů v současné technické praxi (fyzikální principy metod, parametry přístrojů, aplikační využití metod atd.), včetně přípravy vzorků pro jednotlivé metody.
Studijní opory
Jako studijní opory slouží studentům prezentace z přednášek přístupné přes E-learning.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-ZSI-P: Základy strojního inženýrství, bakalářský
specializace MTI: Materiálové inženýrství, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., povinná
Osnova
Základy světelné mikroskopie
- rozdělení, světelné zdroje, konstrukce a parametry mikroskopu, vady čoček
- principy zobrazování, pozorovací metody: BF, DF, DIC, atp.
- výhody a nevýhody jednotlivých systémů, aplikační využití
Příprava materiálografických preparátů
- základní principy
- postup přípravy
- vyvolání kontrastu
- možná úskalí při přípravě a vyhodnocování metalografických preparátů
Obrazová analýza
- hodnocení mikrostrukturních parametr
- výhody a nevýhody využití systémů OA (rozlišení, prahování, atp.)
- kvantitativní metalografie
- příklady využití OA (kvantifikace fází, morfologické hodnocení, měření tlouštěk, hodnocení velikosti zrna, litin, mikročistoty, atp.)
Úvod do elektronové mikroskopie TEM, SEM atd.
- základy elektronové optiky a vakuové techniky
- princip, funkční bloky, tvorba obrazu, detekované signály, vlastnosti signálů, typy kontrastu v SEM
- porovnání SEM – TEM
- využití SEM – typické aplikace, požadavky na vzorky
- odvozené techniky, FIB – SEM
Mikroanalýza chemického složení pomocí EDS příp. WDS
- techniky lokální chemické analýzy pro SEM – přehled
- kvalitativní a kvantitativní analýzy EDS/WDS, korekce ZAF/PhiRoZ
Rentgenostrukturní fázová analýza
- vznik RTG záření, interakce RTG záření s hmotou, difrakce RTG
- rentgenové difrakční metody
- kvalitativní a kvantitativní RTG difrakční analýza – požadavky na vzorky, detekční limity, typické aplikace, omezující faktory měření
Metody spektroskopické chemické analýzy
- přehled metod – výhody, nevýhody, detekční limity, rozsahy ap. využití
- opticko-emisní spektrometrie – rozdělení, fyzikální princip, instrumentace
- optická emisní spektrometrie s doutnavým výbojem
- optická spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem + nové směry
- atomová absorpční spektrometrie – fyzikální principy, měření absorpce
- spalovací analyzátory – analýza C, S, O, N, H v kovových materiálech
Metody termické analýzy
- základní fyzikální principy, požadavky na vzorky, detekční limity, aplikace
- DSC (+ DTA), TG
Hodnocení základních mikrostrukturních parametrů
- makročistota
- mikročistota materiálu (typy vměstků, hodnocení dle ASTM, ISO a DIN)
- hodnocení velikosti zrna dle ČSN, ASTM a ISO
- hodnocení karbidické fáze dle SEP 1520
- hodnocení litin dle ISO, ČSN
- hodnocení DAS a pórovitosti
Analýza vad, měření tvrdosti/mikrotvrdosti, hodnocení svarových spojů
- vady hutních výrobků
- metody měření mikrotvrdosti
- hodnocení kvality svarových spojů na základě makro a mikrostruktury
Laboratorní cvičení
18 hod., povinná
Osnova
- příprava vzorků pro světelnou a elektronovou mikroskopii
- praktické pozorování a vyhodnocování struktury materiálů pomocí SM (užití barevného kontrastu)
- aplikace lokální chemické mikroanalýzy v SEM (EDS)
- použití spektroskopické chemické analýzy v praxi
- aplikace fyzikálních metod (dilatometrie, DSC)
- praktické aplikace hodnocení mikrostrukturních parametrů s využitím dostupných modulů obrazové analýzy
Cvičení
8 hod., povinná
Osnova
- příklady využití SEM (povrchová morfologie, chemický kontrast, kanálovací kontrast)
- RTG fázová analýza – ukázky aplikací
- úvod do kvantitativní metalografie
- stanovení velikosti zrna ocelí a neželezných slitin pomocí různých norem a metod, hodnocení mikrostrukturních parametrů