Název projektu
Optimalizace vlastností progresivních technických materiálů prostřednictvím řízeného ovládání jejich mikrostrukturních parametrů
Kód
SP2021/48
Předmět výzkumu
Základním úkolem materiálového inženýrství je studium souvislostí mezi strukturou a vlastnostmi materiálů. Optimalizace vlastností progresivních technických materiálů je založena na řízeném ovládání jejich mikrostruktury, ať už postupy tepelného zpracování, mechanickým zpracováním nebo jejich kombinací, což se neobejde bez detailní znalosti vzájemných vztahů mezi strukturou a vlastnostmi materiálů. Technické materiály se často používají v metastabilním strukturním stavu a v průběhu jejich dlouhodobé exploatace může docházet k velmi pomalým změnám struktury směrem k termodynamicky rovnovážnému stavu. To je obvykle spojeno s určitým poklesem úrovně mechanických vlastností. To znamená, že pro zaručení bezpečného provozování součástí po celou dobu jejich návrhové životnosti jsou nezbytné detailní poznatky o procesech degradace struktury a vlastností materiálů v závislosti na podmínkách expozice, včetně vlivu pracovního prostředí.
Mezi základní metody hodnocení struktury materiálů patří světelná mikroskopie, metody využívající zfokusovaný svazek elektronů (řádkovací elektronová mikroskopie, prozařovací elektronová mikroskopie, rtg spektrální mikroanalýza) a rtg difrakční analýza. Jednotlivé experimentální metody mají své přednosti, ale i omezení, a proto je žádoucí využívat při charakterizaci strukturních parametrů technických materiálů několik různých metod.
Každá z metod strukturní analýzy vyžaduje specifickou přípravu vzorků, na jejichž kvalitě pak významně závisí výsledky strukturní analýzy. V rámci projektu se předpokládá široké zapojení studentů navazujícího magisterského a doktorského studia do přípravy vzorků z různých typů technických materiálů, do sběru experimentálních dat a interpretace získaných výsledků v rámci realizace jejich závěrečných, resp. disertačních prací. Projekt počítá s maximálním využitím zařízení Katedry materiálového inženýrství v oblasti přípravy metalografických výbrusů, světelné mikroskopie, digitální obrazové analýzy a řádkovací elektronové mikroskopie. V laboratoři elektronové mikroskopie RMTVC bude využíván řádkovací a prozařovací elektronový mikroskop, včetně technik EDX, EBSD a speciálních zařízení pro přípravu preparátů. Vzhledem k tomu, že v současné době katedra nedisponuje kvalitním zařízením pro rtg difrakční analýzu, předpokládá se spolupráce s externím pracovištěm.
K modifikaci mikrostruktury progresivních technických materiálů budou rovněž využity postupy tepelného zpracování v modernizované laboratoři tepelného zpracování. Pro studium korozní odolnosti progresivních technických materiálů, včetně odolnosti vůči vodíkové křehkosti budou využita zařízení laboratoře koroze.
Součástí projektu bude hodnocení mechanických vlastností progresivních technických materiálů. K charakterizaci vlastností materiálů bude využíváno technické vybavení Katedry materiálového inženýrství, které umožňuje provádět zkoušky tvrdosti, tahové zkoušky, tlakové zkoušky, únavové zkoušky v módu tah - tlak, testy v tříbodovém ohybu a zkoušky vrubové houževnatosti podle Charpyho. V rámci projektu OP VVV byla vybudována laboratoř defektoskopie vybavená ultrazvukovým defektoskopem, defektoskopem vířivých proudů a ultrazvukovým tloušťkoměrem. Tyto metody nedestruktivní kontroly materiálů umožní rozšířit spektrum technik používaných na Katedře materiálového inženýrství při charakterizaci kvality materiálů a komponent vyrobených z těchto materiálů.
Pro řešení diplomových prací v rámci studijního programu Progresivní technické materiály a disertačních prací v rámci studijního programu Materiálové vědy a inženýrství i příbuzných studijních programů jsou výše uvedené experimentální metody hodnocení struktury a mechanických vlastností nezbytné. Projekt počítá s řešením témat např. Vliv tepelného zpracování na optimalizaci mikrostruktury a mechanických vlastností vybraných slitin železa, Hodnocení strukturní stability kovových materiálů, Mechanizmy tvorby a rozpadu Widmannstättenovy struktury v GOES, Studium precipitačních reakcí v TOZ homogenních svarů spojů T24, Vliv žíhání na strukturní stabilitu titanu po plastické deformaci, Vodíkové zkřehnutí Q-P ocelí, Vliv difúzních povlaků WC na technologii pájení a abrazivzdornost při výrobě dílců v letectví, Vliv nanotrubiček na vybrané fyzikální vlastnosti gumárenských směsí, Vlastnosti materiálu 34CrMo4 po expozici vysokotlakého vodíku 1000 barů, Optimalizace procesu žárového zinkování se zaměřením na snižování tvorby oxidů ad.
Získané výsledky umožní prohloubit znalosti a dovednosti studentů i pedagogů v oblasti studia struktury a vlastností progresivních technických materiálů, včetně interpretace získaných výsledků. Výsledky řešení projektu přispějí k dalšímu zvýšení kvality pedagogického procesu.
Navrhovaný projekt částečně navazuje na výsledky a poznatky získané při řešení projektů SGS z let 2016 až 2020.
Rok zahájení
2021
Rok ukončení
2021
Poskytovatel
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Kategorie
SGS
Typ
Specifický výzkum VŠB-TUO
Řešitel