Особенности (принципы) построения дисциплины. Механико-технологического факультета

Декан

Механико-технологического факультета

В.Г. Буров

“___ ”______________2010 г.

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

ООП: 150600 – Материаловедение и технология новых материалов

Квалификация – бакалавр

 

Факультет: Механико-технологический

Курс: 2,3 Семестр: 4,5

Лекции: 68 ч.

Лабораторные работы: 51 ч.

Расчетно-графическое задание: 4, 5 сем.

Самостоятельная работа: 34 ч.

Экзамен: 4,5 сем.

Всего: 153 ч.

Новосибирск

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150600 - Материаловедение и технология новых материалов, степень (квалификация) - бакалавр техники и технологии.

 

 

Регистрационный номер ГОС: № 255 тех/бак от 27.03.2000 г.

 

Шифр дисциплины в ГОС: ОПД.Ф.6.01

Шифр дисциплины по учебному плану: 24

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «ММ»

протокол № 11 от 19 ноября 2009 г.

 

Программу разработал:

к.т.н., доцент __________________________ Н.В. Плотникова

 

Заведующий кафедрой,

д.т.н., профессор ___________________________ А.А. Батаев

Ответственный за основную

образовательную программу:

к.т.н., доцент ________________________ А.Г. Тюрин

 

 

 

1. Внешние т ребования

4. Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению Материаловедение и технология новых материалов *

Таблица 1

Шифр дисциплины	Содержание учебной дисциплины	Часы
ОПД.Ф.6.01	Материаловедение: Роль материаловедения в обеспечении эксплуатации изделий; основные понятия о механических, физических, химических свойствах, технологических и эксплуатационных характеристиках материалов. Общая классификация материалов по природе, назначению и областям применения; общие представления о наследственной связи структуры и структурных преобразований материалов на стадиях производственного цикла и характеристик изделий; взаимосвязь структурного и фазового состояний с характеристиками материалов и изделий. Металлические и неорганические неметаллические материалы: гомогенное и гетерогенное строение материала; пластичность и разрушение; усталость и ползучесть; физическая сущность упрочняющих и разупрочняющих процессов; макрорельеф поверхностей физических тел, поверхностные явления, виды износа материалов; фазовые диаграммы, экспериментальное построение и расчет фазовых диаграмм, фазовые диаграммы как банки термодинамических данных, их использование при разработке материалов с необходимым набором свойств и при разработке физико-химических основ технологических процессов; типы фазовых превращений, их сущность, способы реализации: диффузионные и бездиффузионные превращения, явления возврата, отдыха, рекристаллизации, полиморфизма. Основные типы черных металлов, их классификация и основные структурные, механические, физические и эксплуатационные характеристики. Основные типы цветных металлов и сплавов и покрытий на их основе: классификации сплавов; алюминиевые, титановые, магниевые, медные, никелевые сплавы; сплавы на основе тугоплавких и редких металлов, другие специальные сплавы; структурные особенности, характеристики. Основные типы полупроводниковых материалов, материалов микро- и наноэлектроники, их классификация и характеристики. Порошковые и гранулированные, изотропные и анизотропные слоистые и волокнистые композиционные металлические материалы и покрытия. Керамики, силикатные материалы, стекла и другие неметаллические неорганические материалы и покрытия. Углеродные и органические полимерные материалы: углеграфитовые материалы, углерод-углеродные композиционные материалы; пластические массы, полимерные композиционные материалы, каучуки и резины общетехнического назначения, полимерные материалы функционального назначения: фрикционные и антифрикционные материалы, компаунды, герметики, пленки, волокна, лакокрасочные материалы и др. в машино- и приборостроении, электро- и радиотехнике, электронной технике, строительстве, медицинской технике, их состав, структура, свойства, особенности применения.

 

7.1. Требования к профессиональной подготовленности инженера по специальности машины и аппараты пищевых производств: *

 

должен знать:

- основные типы современных материалов различной природы и назначения, закономерности взаимосвязей их химического и фазового состава, состояния, структуры и свойств;

- основные тенденции и направления развития современного теоретического и прикладного материаловедения, а также современных технологий получения и обработки материалов;

должен иметь навыки:

- в моделировании и проектировании материалов, конструировании и расчетах элементов из них;

- в характеристике структуры и свойств материалов, полуфабрикатов и деталей, оценке и прогнозировании их долговечности.

 

* Сохранена нумерация ГОС

 

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.

Таблица 2

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)	Содержание
Основание для введения курса	Дисциплина предусматривается Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 150600 Материаловедение и технология новых материалов
Адресат курса	Студенты направления: 150600 – Материаловедение и технология новых материалов
Главная цель	Изучение материалов, применяемых в машиностроении и способы упрочнения машиностроительных материалов
Ядро курса	Описание структуры материалов во взаимосвязи с их свойствами
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса	Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, полученные из курсов Физика, Химия,
Уровень требований по сравнению с ГОС	Соответствует требованиям ГОС
Объём курса в часах	68 час лекций, 51 часов лабораторные занятия, 34 часа самостоятельная работа студента
Основные понятия курса	Материал, прочность, надежность, долговечность, структура, деформация, термическая обработка
Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса	Обобщение, анализ, классификация, абстрагирование, выделение главного
Обеспечение последующих дисциплин	Технология материалов и покрытий, Механические и физические свойства материалов, Теория и технология термической и химико-термической обработки материалов
Практическая часть курса	Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют знания об оборудовании, материалах, технологических процессах, проводят научно-исследовательскую работу со статистической обработкой полученных результатов.
Учёт индивидуальных особенностей студентов	Методическое обеспечение курса построено на использовании базовых понятий, с объяснением всех вновь вводимых терминов и понятий. Изложение методов изучения структуры и свойств материалов проводится последовательно по принципу "от простого к сложному", что позволяет большинству студентов успешно освоить программу курса. Для учета индивидуальных особенностей студентов предусмотрено проведение консультаций и время для самостоятельной работы.
Области применений полученных знаний и умений	Организация, подготовка и проведение работ по выбору материалов
Описание основных контрольных "точек"	Контроль выполняется в форме защиты лабораторных работ, расчетно-графической работы в 4 и 5 семестрах, контрольных работ в тестовой форме в течении семестра, экзамен в тестовой форме в 4 и 5 семестрах
Ваш курс и современные информационные технологии	Современные информационные технологии используются в курсе при выполнении расчетно-графической работы (поиск материалов в Интернете, оформление текстовой и графической части пояснительной записки).
Ваш курс и современное состояние науки и практики	Курс отражает представления науки о современных материалах, методиках изучения их свойств и применения в промышленности

Цели учебной дисциплины

Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.

Таблица 3

После изучения дисциплины студент будет

Номер цели

Знать:

1. Признаки металлов; сущность атомно-кристаллического строения; реальное строение металлов; кинетику процесса кристаллизации металлов и сплавов; диффузия в металлах и сплавах.

2. Процессы деформации и разрушения; сущность механических свойств; характеристики прочности и пластичности, ударную вязкость, твёрдость, усталостные характеристики

3. Сущность упрочнения металлов и сплавов; кривую Одинга; способы деформационного упрочнения; упрочнение при легировании; упрочняющую термическую обработку.

4. Диаграммы состояния для сплавов: с неограниченной растворимостью, с ограниченной растворимостью, образующих химические соединения, испытывающих полиморфные превращения; фазы и структурные составляющие металлических сплавов

5. Диаграмму состояния железо-цементит; структуру и свойства железоуглеродистых сплавов.

6. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку сталей; примеси в сталях и их влияние на структуру и свойства

7. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку чугунов; влияние легирующих элементов на процессы графитизации и отбеливания чугунов.

8. Теоретические основы термической обработки; диаграммы изотермического и термокинетического распада аустенита; перлитное, мартенситное, промежуточное превращения; образующиеся структуры;, диффузионные и бездиффузионные превращения.

9. Определения видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск); температурные режимы термической обработки; изменение свойств и структуры при термической обработке; поверхностная закалка.

10. Назначение и виды химико-термической обработки (цементация, азотирование, нитроцементация, ионное азотирование) и их влияние на свойства деталей

11. Классификацию углеродистых сталей обыкновенного качества и качественных; химический состав, механические свойства, маркировку, область применения.

12. Классификацию конструкционных легированных сталей; основные легирующие элементы, их условное обозначение в маркировке; основные свойства конструкционных легированных сталей и области их применения

13. Виды сталей и сплавов с особыми свойствами (автоматные стали, коррозионностойкие стали, жаропрочные стали и сплавы); область применения, химический состав, свойства

14. Классификацию, химический состав, маркировку, область применения инструментальных сталей, твердых сплавов; классификацию и область применения режущих керамик, сверхтвердых материалов, материалов абразивного инструмента; полиморфные модификации нитрида бора и углерода.

15. Классификацию, свойства, область применения сплавов на основе меди, алюминия, титана, цинка; маркировку цветных металлов и сплавов

16. Основные виды полимеров; сущность процесса полимеризации и поликонденсации; свойства термопластических, термореактивных, газонаполненных пластмасс; эластомеры, резины, клеи, герметики.

17. Классификацию и виды неорганических и органических стекол, ситаллов, металлических стекол; механические, физические и химические свойства стекол.

18. Классификацию композиционных материалов; основные типы армирующих и матричных материалов

Уметь:

19. Выбрать метод проведения стандартных испытаний по определению механических свойств (прочность, твердость, ударная вязкость).

20. Назначить температурные режимы термической обработки сталей; определять причины возникновения дефектов и брака при термической обработке.

21. Рационально выбирать инструментальные материалы

Содержание и структура учебной дисциплины

Лекционные занятия (68 час).

Таблица 4

Темы лекционных занятий	Часы
Семестр №4	34 часа
Значение и задачи курса. Научно-технический прогресс и его главные составляющие. Классификация металлов. Общие свойства металлов и сплавов. Кристаллическое строение материалов. Реальное строение металлических материалов. Общее понятие конструкционного материала. Работы отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения (М.В. Ломоносов, ПП. Аносов, Д.К. Чернов, Г.В. Самсонов, Ледебур, Троост, Сорби и др.).
Металлы: признаки металлов; классификация металлов; сущность атомно-кристаллического строения; строение кристаллических решеток и их основные параметры; металлический тип связи; полиморфизм металлов; реальное строение металлических кристаллов; кривая Одинга.
Кристаллизация: понятие кристаллизации (жидкость® твердое, газ ® жидкость ® твердое, газ ® твердое, твердое ® твердое); энергетические условия процесса кристаллизации; кинетика процесса кристаллизации металлов и сплавов; построение и анализ кривых охлаждения; диаграмма состояния чистого вещества, форма кристаллических образование; строение слитка; превращения в твердом состоянии, аллотропия; магнитные превращения.
Процессы деформации и разрушения: свойства металлов и сплавов; упругая и пластическая деформация; хрупкое, вязкое и усталостное разрушение; факторы, определяющие характер разрушения; наклеп и рекристаллизация.
Методы исследований и испытаний материалов: методы изучения строения металлов (световая, электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ); испытания механических свойств; испытания долговечности; особенности испытаний механических свойств при низких температурах; специальные методы испытаний; неразрушающие методы контроля.
Строение сплавов: фазы и структурные составляющие металлических сплавов; основные типы структур и взаимодействие компонентов при образовании металлических сплавов; строение и свойства твердых растворов замещения, внедрения и вычитания; условия взаимной растворимости компонентов при образовании твердых растворов; химические соединения в сплавах; строение и свойства механических смесей; электронные соединения; фазы Лавеса; фазы внедрения; диффузия и ее механизмы.
Диаграммы состояния для сплавов: правило фаз; экспериментальное построение диаграмм состояния; диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов; правило отрезков; с неограниченной растворимостью; с ограниченной растворимостью в твердом состоянии; образующих химические соединения; кристаллизация сплавов в неравновесных условиях; практическое значение диаграмм состояний для анализа и совершенствования технологических процессов на производстве; связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния.
Диаграмма состояния железо-цементит: значение линий и областей диаграмм; основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов; диаграмма состояния железо-цементит (метастабильное состояние); диаграмма состояния железо-графит (стабильное состояние).
Углеродистые стали: влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали; классификация углеродистых сталей; углеродистая сталь общего назначения (свойства, маркировка); нагартованная сталь (свойства, маркировка); листовая сталь для холодной штамповки (свойства, маркировка); автоматные стали (свойства, маркировка).
Чугун: процесс графитизации; строение и свойства чугунов; влияние углерода и примесей на свойства чугунов; структура чугуна; формы и размеры графитных включений и их влияние на механические свойства чугунов; стандартизация и маркировка чугунов; экономичность применения чугунов в машиностроении.
Общие положения термической обработки: температура и время; классификация видов термической обработки; четыре основных превращения в стали.
Теория термической обработки стали: превращения в стали при нагреве, образование аустенита; диффузионные превращения аустенита при охлаждении стали, диаграмма изотермического превращения аустенита; мартенситное превращение; промежуточное (бейнитное) превращение; превращения при отпуске; превращение переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении; термокинетические диаграммы превращения аустенита
Практика термической обработки стали: отжиг; нормализация; выбор температуры закалки; химическое действие нагревающей среды; закалочные среды, прокаливаемость; внутренние напряжения; способы закалки; обработка стали холодом; дефекты, возникающие при закалке.
Термомеханическая обработка: классификация видом ТМО, практика ТМО
Семестр № 5	34 часа
Поверхностное упрочнение стальных изделий: упрочнение поверхности методом пластического деформирования; поверхностная закалка (ТВЧ, электронно-лучевая, лазерная); химико-термическая обработка (цементация, азотирование, цианирование, ионное азотирование, диффузионная металлизация) и их влияние на свойства деталей.
Легированные стали и сплавы: классификация примесей; влияние элементов на полиморфизм железа; влияние легирующих элементов на феррит; карбидная фаза в легированных сталях; влияние легирующих элементов на превращения в стали; классификация и маркировка легированных сталей.
Конструкционные легированные стали: термическая обработка конструкционных сталей; цементуемые стали; улучшаемые стали; высокопрочные стали; строительные стали; арматурные стали; пружинная сталь; шарикоподшипниковая сталь; дефекты легированных сталей.
Инструментальные легированные стали: инструментальные стали пониженной прокаливаемости; инструментальные стали повышенной прокаливаемости (легированные); быстрорежущие стали; штамповые стали; твердые сплавы.
Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы: критерии жаростойкости и жаропрочности; влияние структуры и состава на жаропрочность материала; классификация жаропрочных сталей; перлитные и мартенситные жаропрочные стали; аустенитные жаропрочные стали; суперсплавы (никелевые и кобальтовые).
Коррозия и коррозионностойкие стали и сплавы: понятие коррозии; виды коррозии; методы защиты от коррозии; коррозионностойкие стали и сплавы.
Стали и сплавы со специальными свойствами: износостойкие стали и сплавы (графитизированная сталь, высокомарганцовистая сталь, наплавочные материалы); магнитные и электротехнические стали с сплавы; сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы; сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами; металлы с памятью формы; радиационно-стойкие материалы; аморфные сплавы; наноструктурированные материалы.
Цветные металлы и сплавы:тугоплавкие металлы и сплавы; титан и его сплавы; магний и его сплавы; бериллий и его сплавы; алюминий его сплавы; медь и ее сплавы.
Порошковые материалы:основы порошковой металлургии; конструкционные порошковые материалы; антифрикционные порошковые материалы; фрикционные порошковые материалы; пористые фильтрующие элементы; инструментальные порошковые материалы; карбидостали.
Материалы на основе полимеров:состав и строение полимеров; основные свойства полимеров; общая характеристика пластмасс; термопластичные пластмассы; термореактивные пластмассы; резины; клеящие материалы; лакокрасочные материалы; стекло; древесина; хладостойкие неметаллические материалы.
Керамические материалы:керамическая технология и классификация керамики; свойства и применение керамических материалов.
Композиционные материалы:общая характеристика и классификация; дисперсноупрочненные композиционные материалы; волокнистые композиционные материалы; слоистые композиты; свойства и применение композиционных материалов
Покрытия:общая характеристика покрытий и способов их нанесения; металлические покрытия (цинковые, алюминиевые, оловянные и хромсодержащие); неметаллические покрытия (неорганические покрытия, органические покрытия, лакокрасочные покрытия)

 

Лабораторные работы (51 час)

Таблица 5

Темы лабораторных работ	Учебная деятельность	Часы	Ссылки на цели
Семестр № 4 (34 часа)
Лабораторная работа № 1 – «Исследование строения металлов и сплавов методами макро- и микроанализа»	Освоить методы макро- и микроструктурного анализа, научиться определять балл зерна методом сравнения.		1,19
Лабораторная работа № 2 – «Исследование структуры, состава и свойств железоуглеродистых сплавов»	Изучить структуру железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов), охарактеризовать структурные составляющие железоуглеродистых сплавов, описать процесс кристаллизации контрольного железоуглеродистого сплава, приобрести навык работы с оптическим металлографическим микроскопом.		4,5,6,7, 11,12
Лабораторная работа № 3 – «Исследование способов термической обработки для повышения конструктивной прочности детали»	Познакомиться с видами термической обработки сталей, приобрести навык работы с лабораторным оборудованием (печами и твердомерами), выбрать режимы и провести термическую обработку сталей 20, 45 и У8, провести исследование микроструктур сталей после различных видов термической обработки, повысить конструктивную прочность детали.		3,5,8,9, 10,11, 14, 19,20,
Лабораторная работа № 4 – «Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов»	Изучить особенности термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов на примере дуралюмина Д1 и сплава АМг5.		3,4,
Лабораторная работа № 5 – «Изучение диаграмм состояния и микроструктур цветных сплавов»	Изучить под микроскопом, зарисовать и описать микроструктуры латуней, силуминов, бронз, дуралюминов, баббитов, дать описание их свойств и применения.		4,15,
Лабораторная работа № 6 –«Рекристаллизационный отжиг»	Изучить особенности упругой и пластической деформации материалов, понятие о рекристаллизационном отжиге металлов и сплавов. На примере меди выявить зависимости размера зерна от температуры отжига.		2,29
Лабораторная работа № 7 – «Количественный анализ уравнения конструктивной прочности углеродистых сталей после объемного упрочнения»	Установить количественную зависимость между структурой и механическими свойствами стали, освоить методы определения объемной доли перлита, размера зерна феррита, плотности дислокаций, рассчитать предел текучести для углеродистой стали по диаграмме растяжения.		3,6,11,14, 19
Защита лабораторных работ	Ответить на вопросы по темам лабораторных работ
Семестр № 5 (17 часов)
Лабораторная работа № 8 – «Определение типа металлов и сплавов. Классификация сталей по равновесной структуре»	С применением метода металлографического анализа научиться определять виды металлов и сплавов по характерным признакам. Научиться классифицировать стали по равновесной структуре.		5,6,7,12, 13,14,15
Лабораторная работа № 9 – «Определение вида обработки материала»	Научиться определять виды обработок материала металлографическим методом		8,9,10
Лабораторная работа № 10 – «Фрактографические исследования разрушения материалов»	Изучить основы растровой электронной микроскопии, научиться определять вид разрушения материалов с применением растровой электронной микроскопии
Лабораторная работа № 11 – «Дислокационные построения в металлических материалах»	Изучить основы просвечивающей электронной микроскопии, научиться определять тип дислокационных построений в металлических материалах с применением просвечивающей электронной микроскопии		1,3
Защита лабораторных работ	Ответить на вопросы по темам лабораторных работ

Учебная деятельность

Лекции читаются по 2 часа еженедельно в 4 и5 семестрах. Студент должен вести конспект. В конспекте рекомендуется выделять термины, определения, схемы методик, даваемые преподавателем, выписывать непонятные слова и определения, которые уточнять либо вопросами к преподавателю, либо с помощью учебников, энциклопедических словарей и справочников. В конце лекции на 4, 8, 12, 16 неделях проводятся контрольные работы, включающие 6 тестовых вопросов. Пример контрольной работы в представлен в п. 8.1.

На пятой неделе пятого семестра студенту выдаётся задание на расчетно-графическую работу. Расчетно-графическая работа включает выполнение 3 заданий. Объём пояснительной записки – 10-15 стр.. компьютерного набора, формат бумаги А4 – 210 х 297 мм. На титульном листе должно быть указание дисциплины, номер варианта расчетно-графической работы, фамилия, имя и группа студента. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному на рис.1. Брошюровка работы должна быть книжной; поля: сверху – 2,0 см, слева – 3,0 см, внизу – 2,0 см, справа – 1,5 см. Шрифт набора текста должен быть 14 pt Times New Roman. Межстрочный интервал полуторный. Текст должен иллюстрироваться схемами, графиками, рисунками, таблицами. Рисунки должны быть сделаны в любом графическом редакторе и могут быть расположены на отдельной странице. Подрисуночная подпись должна располагаться под рисунком! Нумерация рисунков сквозная. К работе должен быть сделан список литературы (3-5 наименований), оформленный в соответствии с ГОСТ.

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ   Расчетно-графическая работа по курсу «Материаловедение» Вариант № 1   Факультет механико-технологический Группа ТМ-401 Студент Петров В.А. Преподаватель Иванов В.Г.     Новосибирск 2006

Рис.1. Образец титульного листа