Рабочая программа для студентов ФБО по курсу

«Материаловедение»

Приводятся наименование разделов, тем, их содержание.

1.1 Введение. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии науки материаловедение. Железнодорожный транспорт и транспортное машиностроение – крупнейшие потребители конструкционных металлических и неметаллических материалов. Роль данных дисциплин в инженерной и технологической подготовке специалистов железнодорожного транспорта в повышении эффективности и качества подвижного состава, строительных и дорожных машин.

1.2 Строение и кристаллизация металлов. Классификация металлов. Черные и цветные металлы: тугоплавкие, легкие, легкоплавкие, благородные и др. Металлы, являющиеся основой сплавов, применяемых в технике. Особенности атомного строения и свойства металлов. Полиморфные превращения в металлах. Анизотропия металлов. Строение реальных кристаллов. Понятие о теории дислокаций. Несовершенства кристаллического строения: точечные, линейные, поверхностные дефекты. Зерна, фрагменты, блоки. Кристаллизация металлов. Особенности жидкого состояния. Кривые охлаждения чистых металлов. Образование и рост кристаллических зародышей. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации и величину зерна. Строение слитка и дендрита. Кристаллическая, химическая и физическая неоднородность слитка. Внутрикристаллитная дендритная ликвация.

1.3 Механические свойства и конструкционная прочность металлов. Основные показатели механических свойств металлов: твердость, свойства при статическом растяжении, ударная вязкость, выносливость. Понятие о конструктивной прочности. Свойства, определяющие надежность и долговечность металлов. Влияние низких температур, ударных нагрузок на надежность металлов и сплавов. Триботехнические и теплофизические свойства металлов. Явление ползучести. Виды разрушения. Хрупкое и вязкое разрушение. Явление усталости.

1.4 Основы теории сплавов. Понятия: сплав, компонент, фаза, структура. Виды взаимодействия компонентов: твердые растворы, механические смеси, химические соединения. Виды твердых растворов. Методы построения диаграмм состояний. Четыре типа диаграмм состояний двойных систем. Вторичная кристаллизация. Связь между строением сплавов (диаграммой состояний) и их свойствами (закон Н. С. Курнакова). Определение химического состава и количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии.

1.5 Железоуглеродистые стали. Железо и его свойства. Аллотропия, или полиморфизм, железа. Строение и свойства фаз и структурных составляющих системы железо-углерод. Диаграмма состояний железо-цементит. Роль Д. К. Чернова в разработке этой диаграммы. Углеродистые стали. Влияние углерода и постоянных примесей, а также кислорода, азота, водорода и неметаллических включений на структуру и свойства стали. Классификация углеродистых сталей по способу производства, качеству, степени раскисления и применению. ГОСТы на углеродистые стали. Маркировка сталей. Особые технические условия (ТУ) на углеродистые стали для ответственных деталей подвижного состава, машин, механизмов и сооружений железнодорожного транспорта. Понятие о чугунах. Назначение чугунов. Ковкий и высокопрочный чугун.

1.6 Основы теории термической обработки стали. Превращения в стали при нагреве. Наследственное зерно. Баллы величины зерна. Влияние величины зерна на механические и технологические свойства. Превращение переохлажденного аустенита. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Превращение аустенита в мартенсит. Особенности мартенситного превращения. Строение и свойства мартенсита. Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали. Особенности диаграмм для до- и заэвтектоидной сталей. Изотермическая закалка стали. Теория упрочнения сплавов путем закалки и старения. Напряжение и деформация. Влияние температуры и скорости нагружения на сопротивление деформации. Применение поверхностной пластической деформации для упрочнения деталей подвижного состава.

1.7 Технология термической обработки стали. Классификация основных видов термической обработки. Окисление и обезуглероживание стали при нагреве. Защитные среды для термообработки. Отжиг стали и его разновидности. Нормализация стали. Влияние отжига и нормализации на структуру, механические свойства и обрабатываемость резанием. Закалка стали. Выбор температуры закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Внутренние напряжения (термические и структурные), возникающие при закалке. Способы закалки. Структура и свойства закаленной стали. Обработка холодом, ее назначение. Поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты – (ТВЧ) (В. П.Вологдин). Особенности структуры и свойств стали, закаленной индукционным нагревом. Детали подвижного состава, подвергаемые закалке с нагревом ТВЧ. Газоплазменный нагрев под закалку. Отпуск закаленной стали и его виды. Улучшение стали. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали. Наклеп и рекристаллизация. Термомеханическая, механотермическая обработка стали (ВТМО и НТМО).

1.8 Технология и оборудование термической обработки. Нагревательные устройства и печи для закалки. Химическое взаимодействие металлов с печной средой. Способы охлаждения нагретых металлов. Механизация и автоматизация ТО, применение робототехнических устройств. Охрана труда в термических цехах.

1.9 Химико-термическая обработка стали. Сущность и цели химико-термической обработки. Физико-химические основы химико-термической обработки стали. Цементация стали, ее виды, химизм процесса. Варианты термической обработки цементированной стали. Азотирование стали. Химизм процесса, структура и свойства азотированной стали. Детали подвижного состава, подвергаемые цементации и азотированию. Нитроцементация (цианирование) конструкционной и инструментальной сталей. Сульфоцианирование, алитирование и хромирование стали. Борирование стали.

1.10 Основы легирования стали. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа. Диаграммы состояний железо – легирующий элемент с открытой и закрытой областью. Карбидообразующие и не карбидообразующие элементы. Влияние легирующих элементов на основные превращения в стали (распад аустенита, мартенситное превращение, превращение при отпуске). Отпускная хрупкость 1-го и 2-го рода. Влияние марганца, хрома, кремния, никеля, молибдена, вольфрама на превращения, структуру и свойства сталей. Цели добавления и количество вводимых в сталь титана, ванадия, алюминия, бора, меди, серы, свинца, селена, азота и редкоземельных элементов (РЗМ).

1.11 Конструкционные легированные и инструментальные стали. Требования к конструкционным и инструментальным сталям. Классификация и маркировка. ГОСТы на легированные конструкционные и инструментальныестали. Цементируемые улучшаемые легированные стали; их состав, термическая обработка, свойства и применение в транспортном и строительно-дорожном машиностроении. Хладостойкие стали для машин, работающих в условиях низких температур. Рессорно-пружинные стали для подвижного состава. Стали для измерительного инструмента. Стали для режущего инструмента. Быстрорежущие стали, их состав, структура, термическая обработка и свойства. Металлокерамические твердые сплавы. Стали для подшипников подвижного состава.

1.12 Стали и сплавы с особыми свойствами. Виды коррозии сплавов. Нержавеющие хромистые и хромоникелевые аустенитные стали, их термическая обработка. Экономно легированные нержавеющие стали для вагоностроения. Износостойкость. Марганцовая сталь для крестовин стрелочных переводов и ее термическая обработка. Понятие о высокопрочных мартенситостареющих сталях. Теплостойкие и жаропрочные стали и сплавы. Стали для деталей клапана и форсунки дизеля. Сплавы для нагревательных элементов. Реостатные сплавы. Магнитомягкие и магнитотвердые стали и сплавы, их применение в локомотивах.

1.13 Цветные металлы и сплавы. Алюминий и сплавы на его основе. Деформируемые алюминиевые сплавы. Жаропрочные алюминиевые сплавы. Литейные алюминиевые сплавы. Термическая обработка алюминиевых сплавов. Применение алюминиевых сплавов в локомотивах и вагонах. Медь и сплавы на ее основе. Латуни и бронзы. Медные сплавы на основе никеля. Титан и его сплавы. Перспективы применения титановых сплавов. Магний и сплавы на его основе. Области применения магния на транспорте. Антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах; их применение на подвижном составе и в строительно-дорожных машинах.

1.14 Конструкционные пластические массы. Классификация полимеров. Структура и свойства полимеров. Состав и свойства пластических масс. Термопластичные и термореактивные материалы. Пластмассы с порошковыми, волокнистыми и слоистыми наполнителями. Газонаполненные пластмассы. Технология и оборудование для переработки пластмасс. Композиционные и слоистые материалы, металл-полимерные композиты. Области рационального применения пластмасс, полимерных защитных покрытий и композиционных материалов на транспорте.

1.15 Экономическая эффективность применения различных материалов и процессов. Сравнительные данные о стоимости углеродистых и легированных сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, пластических масс. Технологическая оценка применения различных видов термической и химико-термической обработки.