Рабочая программа (стр. 1 )

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте

	УТВЕРЖДАЮ
	Декан машиностроительного
	факультета
	________________
	«____»_________________20___г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины Б.3.03 Материаловедение

для 220700 Автоматизация технологических процессов и производств

форма обучения: очная

кафедра-разработчик: Технология машиностроения, станки и инструменты

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки утвержденным приказом Минобрнауки

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры Технология машиностроения, станки и инструменты, протокол №____ от ________________

Зав. кафедрой разработчика: д. т.н., профессор ___________________

Разработчик программы: к. т.н., доцент ________________________

Златоуст, 2011

1. Цели и задачи дисциплины.

Целю преподавания дисциплины является формирование у студентов знаний о наиболее важных физических и химических превращениях в металлах и сплавах, их строение, формирующиеся в результате этих превращений, и свойствах основных конструкционных и инструментальных материалов, которые определяются их составом и строением.

Задачами изучения дисциплины являются: формирование у студентов навыков обоснованного выбора конструкционного материала для производства конкретного изделия с оптимальным уровнем эксплуатационных и технологических свойств, методов его упрочнения (разупрочнения) с учетом технологических свойств и экономической целесообразности.

Краткое содержание дисциплины

Строение материалов. Кристаллизация и структура металлов и сплавов. Диффузионные и бездиффузионные превращения. Классификация сплавов. Диаграммы состояния сплавов. Деформация и разрушение. Механические свойства материалов. Способы упрочнения металлов и сплавов. Железо и его сплавы. Диаграмма железо-цементит. Стали: классификация, автоматные стали. Чугуны: белые, серые, высокопрочные, ковкие. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей. Теория термической обработки. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Виды и разновидности термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, нормализация. Поверхностная закалка; химико-термическая обработка: цементация, азотирование, нитроцементация, ионное азотирование. Углеродистые и легированные конструкционные стали; назначение, термическая обработка, свойства. Стали, устойчивые против коррозии, жаропрочные стали сплавы. Инструментальные материалы: инструментальные и быстрорежущие стали, твердые сплавы и режущая керамика, сверхтвердые материалы, материалы абразивных инструментов. Цветные металлы и сплавы, их свойства и назначение; медные, алюминиевые, титановые и цинковые сплавы. Неметаллические материалы. Полимеры: строение, полимеризация и поликонденсация, свойства. Пластмассы: термопластичные, термореактивные, газонаполненные, эластомеры, резины, клеи, герметики.

Стекло: неорганическое и органическое, ситаллы, металлические стекла. Полиморфные модификации углерода и нитрида бора. Композиционные материалы.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Материаловедение» относится к дисциплинам профессионального цикла базовой (общепрофессиональной) части.

Перечень предшествующих дисциплин, видов работ	Перечень последующих дисциплин, видов работ
Б.2.01. Математика. Б.2.02. Физика Б.2.03. Химия В.2.01. Информатика Б.3.09. Метрология, стандартизация и сертификация	Б.3.13. Основы технологии машиностроения Б.3.14. Процессы и операции формообразования Б.3.15. Оборудование машиностроительных производств В.3.05. Основы проектирования приспособлений В.3.07. Режущий инструмент Дипломное проектирование.

Требования к «входным» знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин:

Студент должен знать:

– основные математические понятия и методы, принципы применения математики на практике.

– основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории классической и современной физики.

– химию элементов и основные закономерности протекания химических реакций.

– стандартные программные средства для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств.

– методы построения эскизов, чертежей и технических рисунков стандартных деталей, разъемных и неразъемных соединений; правила оформления конструкторской документации в соответствии с ЕСКД.

– основные закономерности измерений, влияние качества измерений на качество конечных результатов метрологической деятельности, методов и средств обеспечения единства измерений;

– методы и средства контроля качества продукции, организацию и технологию стандартизации и сертификации продукции, правила проведения контроля, испытаний и приемки продукции;

Студент должен уметь:

– составлять уравнения прямых на плоскости, строить графики функций одного переменного.

– применять приемы и методы физики для решения конкретных, определять конкретное физическое содержание в прикладных задачах.

– выделять конкретное химическое содержание в прикладных задачах профессиональной деятельности.

– применять физико-математические методы для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств с применением стандартных программных средств.

– применять полученные знания по начертательной геометрии и инженерной графике при изучении других дисциплин и в прикладных задачах профессиональной деятельности.

– выполнять измерения, калибровку средств измерений;

Студент должен владеть:

– навыками решения задач из различных областей математики, практического использования математических методов и основ математического моделирования.

– навыками решения задач из различных областей физики.

– методикой выбора материала по основе анализа его физических и химических свойств для конкретного применения в производствах;

– навыками численных и экспериментальных исследований, обработки и анализа результатов.

– навыками применения стандартных программных средств в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств.

– навыками разработки конструкторской и технологической документации, как на бумажных, так и на электронных носителях.

– принципами рационального выбора методов и средств измерения, правилами составления схем контроля при оформлении конструкторской и технологической документации.

3.Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

– способностью использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления продукции, использовать их для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-2);

– способностью выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления изделий, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их математических моделей (ПК-3);

– готовностью применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов, современные методы разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых технологий (ПК-5);

– способностью участвовать в разработке проектов изделий с учетом технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических и управленческих параметров (ПК-8);

– способностью выполнять работы по расчету и проектированию средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации расчетов и проектирования (ПК-18);

– способностью участвовать в разработке проектов по автоматизации производственных и технологических процессов, технических средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-19);

– способностью к практическому освоению и совершенствованию систем автоматизации производственных и технологических процессов, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-20);

– способностью выполнять работы по автоматизации технологических процессов и производств их обеспечению средствами автоматизации и управления, использовать современные методы и средства автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-21);

– способностью определять номенклатуру параметров продукции и технологических процессов ее изготовления, подлежащих контролю и измерению, устанавливать оптимальные нормы точности продукции, измерений и достоверности контроля, выбирать технические средства автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-22);

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

области применения современных конструкционных материалов для изготовления машиностроительных изделий; физическую сущность явлений, происходящих в конструкционных материалах в условиях производства и эксплуатации машиностроительных изделий из них под воздействием внешних факторов (нагрева, охлаждения, давления и т. д.), их влияние на структуру, а структуры на свойства современных металлических и неметаллических материалов; основные виды изнашивания и методы борьбы с ними;

уметь:

применять полученные знания при выборе конструкционных материалов для изготовления машиностроительных изделий с заданным уровнем механических и эксплуатационных свойств при минимальной себестоимости;

владеть:

современной аппаратурой, навыками выполнения металлографических исследований структуры конструкционных материалов, обработки и анализа результатов.

4.Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

Вид учебной работы	Всего часов	Разделение по семестрам в часах. Номер семестра
4
Общая трудоемкость дисциплины	72	72
Аудиторные занятия	36	36
Лекции (Л)	18	18
Практические занятия, семинары (ПЗ)	–	–
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий	18	18
Самостоятельная работа (СРС) ·  Курсовой проект ·  Курсовая работа ·  Реферат ·  Расчетно-графическая работа ·  Семестровое задание ·  Подготовка к экзамену, зачету ·  другие виды самостоятельной работы	32 +	32 +
Контроль самостоятельной работы студента (КСР)	4	4
Вид итогового контроля (ИА) (зачет, экзамен)	Зачет	Зачет
Общая трудоемкость час. зач. ед.	72	72
2	2

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Роль материала в эксплуатации изделий, принципы выбора и использования материалов. Кристаллизация расплавов	Вводная лекция. Предмет, литература, пособия. Исторический обзор развития представлений о металлических материалах. Тенденции развития машиностроительных материалов. Современная организация развития науки материаловедения и практики в области машиностроения. Кристаллическое строение металлов. Кристаллизация металлического слитка. Характеристика металлического состояния. Элементы кристаллографии. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов. Строение жидкого металла. Первичная кристаллизация. Параметры и кинетика кристаллизации. Самопроизвольное (гомогенное) и гетерогенное образование зародышей. Теория роста кристаллов. Строение кристаллической структуры слитка спокойной и кипящей стали, механизм её образования. Классификация дефектов кристаллического строения.
2	Диаграммы состояния, типы структур материалов; фазовые превращения в сплавах	Диаграмма состояния и формирование структуры сплавов при кристаллизации. Диаграмма железо-углерод. Фазы в металлических сплавах. Системы с эвтектическим и перитектическим превращением. Типы эвтектик. Характеристика систем с неограниченной (ограниченной) растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии. Технически чистое железо. Аллотропия железа. Диаграмма фазового равновесия железо-углерод.
3	Виды чугунов, их характеристика	Виды чугунов. Структура и условия получения белого (отбелённого), серого, половинчатого, ковкого и модифицированного чугунов. Влияние химического состава и скорости охлаждения на структуру чугуна. Структурно-физическое отличие чугуна от стали и сфера его преимущественного применения.
4	Классификация материалов	Классификация сталей и сплавов. Маркировка. Классификация сталей по химическому составу, структуре, назначению, способу раскисления, качеству. Маркировка. Стандартизация сталей. Допуски на состав, их обоснование. Углеродистые и легированные стали.
5	Механические свойства, Методы определения механических характеристик	Основные виды механических испытаний и сдаточные характеристики проката. Характеристики прочности и пластичности при растяжении. Ударная вязкость. Хладноломкость. Красноломкость. Влияние серы и фосфора на механические характеристики. Твердость. Методы испытаний на твердость.
6	Назначение и виды макроскопического анализа.	Сущность и задачи макроскопического анализа. Методы выреза, изготовления и травления образцов. Виды макро-дефектов. Методика проведения макроскопического анализа по выявлению ликвации серы и фосфора.
7	Назначение и виды микроскопического анализа.	Сущность и задачи микроскопического анализа. Характеристика металлографического вертикального микроскопа (оптические системы и устройство) на примере ЕС МЕТАМ РВ-21, 23, МИМ-7, МИМ-6. Методы выреза, подготовки и травления образцов. Виды микро - дефектов. Классификация неметаллических включений. Методы выявления и оценки величины зерна, неметаллических включений.
8	Основные виды термической обработки.	Основные виды термической обработки. Роль термической обработки в повышении качества металла. Теория термической обработки стали. Образование структуры аустенита, рост аустенитного зерна, распад аустенита (диаграмма изотермического превращения аустенита). Классификация и краткая характеристика видов термической обработки.
9	Отжиг первого рода.	Диффузионный отжиг (гомогенизация слитков и поковок), изменение структуры и свойств. Сопутствующие процессы при гомогенизации; пути ускорения гомогенизационного отжига и уменьшения дендритной ликвации. Рекристаллизационный отжиг. Связь состава, способа выплавки, режимов и деформации со структурой и свойствами стали. Отжиг для снятия остаточных напряжений.
10	Отжиг второго рода.	Полный и неполный отжиг. Рост зерна аустенита. Влияние состава, способа выплавки и раскисления, рафинирующих переплавов на рост зерна аустенита. Способы определения величины зерна аустенита. Изотермический распад аустенита и его влияние на структуру и механические свойства стали. Влияние состава стали, раскисления, режимов нагрева на распад аустенита. Изотермический, сфероидизирующий отжиг, патентирование, изменение свойств стали. Перегрев и способы его исправления.
11	Закалка и отпуск стали.	Закалка стали. Основные закономерности мартенситного превращения. Свойство мартенситной структуры. Остаточный аустенит. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Влияние состава, раскисления, исходной структуры, режимов нагрева на прокаливаемость. Механические свойства после закалки. Режимы нагрева и способы охлаждения при закалке. Характеристики закалочных сред. Отпуск стали. Низкий, средний, высокий отпуск. Превращения, структура, свойства.
12	Термомеханическая и химико-термическая обработка стали.	Термомеханическая обработка. Разновидности ТМО. Влияние ТМО на структуру и свойства стали. Цементация стали. Термообработка. Структура и свойства диффузионных слоев. Азотирование стали. Термообработка. Структура и свойства диффузионных слоев.
13	Влияние легирования и неметаллических включений на свойства стали.	Характеристика легирующих элементов. Влияние легирующих элементов на превращения при охлаждении, карбидообразование, превращения при отпуске. Неметаллические включения в стали: оксиды, сульфиды, силикаты, нитриды. Эндогенные и экзогенные включения, количество, размеры, форма. Влияние деформации и превращений в твердом состоянии на размер и форму включений. Влияние неметаллических включений на рост зерна аустенита. Управление включениями для регулирования зерна в стали.
14	Конструкционные стали	Характеристика строительных, арматурных конструкционных сталей. Механические свойства. Влияние структуры и легирующих элементов на свариваемость и мех. свойства. Машиностроительные цементируемые (низкоуглеродистые) стали. Составы, термообработка, свойства. Машиностроительные улучшаемые (среднеуглеродистые) стали. Составы, термообработка, свойства.
15	Инструментальные стали.	Нетеплостойкие стали для режущего и мерительного инструмента. Подшипниковая сталь. Быстрорежущие стали. Влияние температуры разливки, массы слитков, неметаллических включений на стойкость инструмента и подшипников. Стали для холодных и горячих штампов. Состав, термическая обработка, структура, свойства. Влияние карбидной ликвации и загрязненности стали неметаллическими включениями и примесями на стойкость деформирующего инструмента. Твердые сплавы.
16	Коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы.	Нержавеющие стали: ферритные, мартенситные, аустенитные. Составы, термообработка и связь со свойствами. Нержавеющие стали: феррито-аустенитные, мартенситностареющие стали. Составы, термообработка, свойства. Криогенные стали и сплавы.
17	Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.	Понятие жаростойкость. Жаростойкие сплавы. Понятие жаропрочность. Жаропрочные сплавы. Оценка жаропрочных свойств. Влияние структуры и состава на жаропрочность. Влияние примесей ^на длительную прочность. Классификация жаропрочных сталей и сплавов: перлитные, мартенситные, аустенитные. Жаропрочные сплавы на никелевой основе.
18	Цветные металлы	Цветные металлы (алюминий или легкий металл особой ценности, медь - примадонна среди металлов). История открытия. Способы производства. Основные потребительские характеристики алюминия. Сферы преимущественного потребления. Классы и марки алюминиевых сплавов. Химический состав и механические свойства алюминиевых сплавов. История открытия. Способы производства. Основные потребительские характеристики меди. Сферы преимущественного потребления. Классы и марки меди и сплавов на её основе. Химический состав и механические свойства меди и её сплавов.

5.2. Разделы дисциплин и виды занятий