УТВЕРЖДАЮ
Директор-проректор ИПР
___________
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 131000 «Нефтегазовое дело»
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ
1. Бурение нефтяных и газовых скважин
2. Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти
3. Эксплуатация и обслуживание объекта транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки
4. Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) – бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 3; СЕМЕСТР 1
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Химия», «Инженерная графика»
КОРЕКВИЗИТЫ «Механика»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 21 часа (ауд.)
Лабораторные работы 14 часа (ауд.)
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 35 часов
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 35 часов
ИТОГО 70 часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ Зачет в 5 семестре
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА МТМ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ________ к. т.н., доцент
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ________ __________________________
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _________к. т.н., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _________ассистент
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» бакалавр приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц2 и Ц3 основной образовательной программы «Нефтегазовое дело».
Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к:
· Бурение нефтяных и газовых скважин;
· Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти;
· Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, газоконденсата и подземных хранилищ
· Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта;
· Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла (Б3.Б3). Она непосредственно связана с дисциплинами естественнонаучного и математического цикла (физика, химия) и общепрофессионального цикла (механика) и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» являются дисциплины ОП цикла, в частности, «Теоретическая и прикладная механика».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины студенты должны научиться в результате анализа условий эксплуатации выбирать материал и способ изготовления деталей и изделий с использованием современных технологических процессов, выбирать оптимальные методы исследований свойств и структуры материалов, определять механические свойства материалов, выполнять анализ структуры материалов, проводить обработку полученных экспериментальных результатов, анализировать техническую информацию в области материаловедения и технологии конструкционных материалов.
После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р5, Р9, Р10, Р11*. Соответствие результатов освоения дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице 1.
Таблица 1
Планируемые результаты обучения
Формируемые компетенции в соответствии с ООП* | Результаты освоения дисциплины |
З1.20 | В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать: Особенности строения технических материалов, зависимость их свойств от строения и состава, способы упрочнения и разупрочнения материалов; основные способы изготовления деталей, заготовок, изделий из конструкционных материалов, их преимущества, недостатки, особенности технологического процесса. |
У9.2 | В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь: Давать технико-экономические обоснование ценности залежи. |
В10.3 | В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть: Методикой определения механических свойств материалов при различных температурах. |
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) –
способность осуществлять коммуникации в профессиональной среде;
способность эффективно работать индивидуально и в коллективе;
готовность к достижению должного уровня безопасности для обеспечения полноценной профессиональной деятельности;
способность к самостоятельному обучению в течение всей жизни, непрерывному самосовершенствованию в инженерной профессии.
2. Профессиональные –
способность применять базовые математические и естественнонаучные знания в профессиональной деятельности;
способность анализировать научно-техническую информацию, выполнять численные и экспериментальные исследования;
способность и готовность использовать информационные технологии, использовать компьютер как средство работы с информацией и создания новой информации.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Классификация и структура материалов. Механические свойства металлов.
Лекция.
Что изучает материаловедение? Взаимосвязь между совершенствованием материалов и развитием технологии. Классификация конструкционных материалов. Типы химической связи в твердых телах. Свойства металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Дефекты кристаллического строения, их влияние на физико-механические свойства.
Лекция.
Прочность; пластичность; твердость; ударная вязкость; сопротивление усталости и ползучести; хладноломкость. Теоретическая и практическая прочность металлов. Пути повышения прочности металлов: деформационное упрочнение, упрочнение твердым раствором, упрочнение дисперсными частицами избыточной фазы, упрочнение границами зерен.
Лабораторная работа 1. Определение твердости металлов и сплавов.
Раздел 2. Деформация и разрушение металлов. Формирование структуры металлов при кристаллизации.
Лекция.
Напряжение и деформация. Упругая деформация. Пластическая деформация моно - и поликристаллов. Механизм пластической деформации. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов (наклеп). Разрушение металлов.
Сущность и закономерности процесса кристаллизации металлов. Образование и рост кристаллических зародышей. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Величина и форма зерна. Строение металлического слитка.
Лабораторная работа 2. Кристаллизация. Ее влияние на структуру и свойства металла.
Лабораторная работа 3. Пластическая деформация, наклеп и рекристаллизация.
Раздел 3. Структура и свойства сплавов. Железо и его сплавы.
Лекция.
Понятие о сплавах. Система, компонент, фаза. Виды взаимодействия компонентов в сплавах. Диаграммы состояния двойных сплавов: построение и анализ. Диаграммы состояния сплавов с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии, с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии, с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии, с образованием химического соединения между компонентами. Связь между типом диаграммы и свойствами сплава.
Лекция.
Диаграмма состояния «железо-цементит». Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов, их характеристики, условия образования и свойства. Фазовые превращения в сплавах железа с углеродом. Классификация сталей и белых чугунов по структуре.
Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей. Понятие о легированных сталях.
Лабораторная работа 4. Микроструктуры углеродистых сталей. Структура, свойства и применение чугунов.
Раздел 4. Термическая обработка стали
Лекция.
Превращения в стали при нагреве и охлаждении. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Мартенситное превращение. Строение и свойства продуктов превращений.
Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка и отпуск стали.
Лабораторная работа 5. Закалка и отпуск углеродистых сталей.
Раздел 5. Металлические и неметаллические конструкционные материалы
Лекция.
Цветные металлы и их сплавы. Пластмассы, керамика, стекла. Композиционные материалы. Понятие о наноматериалах.
Раздел 6. Основы металлургического производства. Литейное производство.
Лекция.
Принципы получения металлов из руд. Производство чугуна и стали. Металлургические печи. Способы повышения качества стали. Особенности цветной металлургии.
Лекция.
Литейные свойства сплавов. Изготовление отливок в песчаных формах. Свойства формовочных смесей. Ручная и машинная формовка. Специальные виды литья.
Лабораторная работа 6. Технология изготовления разовой литейной формы в двух опоках и специальные виды литья; Оборудование и техпроцесс свободной ковки.
Раздел 7. Обработка металлов давлением
Лекция.
Классификация видов ОМД. Получение профилей прокаткой, прессованием и волочением. Получение заготовок ковкой и штамповкой.
Раздел 8. Сварочное производство
Лекция.
Классификация способов сварки. Сварка плавлением: электродуговая сварка, газовая сварка. Сварка давлением: холодная сварка. Электроконтактная сварка. Другие способы сварки. Методы контроля сварных соединений.
Лабораторная работа 7. Электрические способы сварки; Обработка металлов резанием.
Раздел 9. Обработка металлов резанием
Лекция.
Схемы обработки резанием. Режим резания. Физические основы процесса резания. Металлорежущие станки. Инструмент. Обработка заготовок лезвийными и абразив ными методами.
Электрофизические и электрохимические методы обработки.
4.2. Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
Таблица 2
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого | Формы текущего контроля и аттестации | ||
Лекции | Практ. работы | Лабор. работы | ||||
1. Классификация и структура материалов. Механические свойства металлов. | 3 | 2 | 4 | 9 | Отчет по лабор. работе | |
2. Деформация и разрушение металлов. Формирование структуры металлов при кристаллизации. | 2 | 4 | 6 | 12 | Отчет по лабор. работе | |
3. Структура и свойства сплавов. Железо и его сплавы. | 3 | 2 | 5 | 11 | Отчет по лабор. работе | |
4. Термическая обработка стали. | 2 | 2 | 4 | 8 | Отчет по лабор. работе | |
5. Металлические и неметаллические конструкционные материалы | 2 | 0 | 2 | 4 | Конспект | |
Строение и свойства металлов (разд. 1-5) | 20 | Контрольная работа | ||||
6. Основы металлургического производства. Литейное производство. | 3 | 2 | 4 | 9 | Отчет по лабор. работе | |
7. Обработка металлов давлением. | 2 | 3 | 5 | Конспект | ||
8. Сварочное производство. | 2 | 2 | 4 | 8 | Отчет по лабор. работе | |
9. Обработка металлов резанием. | 2 | 3 | 5 | Конспект | ||
Технология конструкционных материалов (разд. 6-9) | 20 | Контрольная работа | ||||
Итого | 21 | 0 | 14 | 35 | 70 | Зачет |
4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
Таблица 3
Формирование компетенций по разделам дисциплины
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
1. | З1.20 | × | × | × | × | × | × | × | × | × |
2. | У9.2 | × | × | × | × | × | ||||
3. | В10.3 | × | × | × | × |
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Таблица 4
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекции | Лабор. работы | СРС |
IT-методы | × | × | |
Работа в команде | × | ||
Игра | × | ||
Методы проблемного обучения | × | ||
Обучение на основе опыта | × | ||
Опережающая самостоятельная работа | × | × | |
Поисковый метод | × | ||
Исследовательский метод | × |
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
– изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
– самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, методических разработок, специальной учебной литературы;
– закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных заданий и решения исследовательских задач.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1. Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
– работе студентов с лекционным материалом, поиске литературы и электронных источников информации по заданной теме,
– выполнении домашних заданий,
– изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
– подготовке к лабораторным работам, что включает изучение теоретического материала и написание отчёта,
– подготовке к рубежному контролю и к экзамену.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), ориентированая на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов заключается в:
– поиске, анализе, структурировании и презентации информации по определенной теме,
– исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах.
6.3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
1. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве.
2. Получение монокристаллов и аморфных металлов.
3. Зависимость структуры и свойств чугунов от способа получения.
4. Химико-термическая обработка стали.
5. Области применения полимеров в технике.
6.4. Примеры индивидуальных заданий для подготовки презентации:
1. За каким металлом будущее?
2. Какие металлы дороже золота и почему?
3. Композиты: соединение несоединимого.
4. «Твердое электричество»: о каком веществе это сказано?
5. Углерод в технике.
6. 5. Контроль самостоятельной работы
Вопросы по темам, выносимым на самостоятельную проработку, обязательно включаются в материалы рубежного и итогового контроля.
Индивидуальные задания оцениваются студентами и преподавателем в часы обязательных консультаций.
6.6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
1. Электронное учебное пособие «Материаловедение» в среде “ToolBook”, объем 250 Мб. Авторы ,
2. Электронное учебное пособие «Технологические процессы машиностроительного производства» в среде “ToolBook”, объем 682 Мб. Авторы ,
Оба пособия содержат теоретический материал по основным разделам курса, иллюстрированный фотографиями, рисунками, анимационными и видеофрагментами. В каждом разделе приводится 20 тестов для самопроверки усвоения; имеется словарь терминов.
3. Конспект лекций преподавателя, размещенный на его индивидуальном сайте.
4. Сборники методических указаний к лабораторным работам по дисциплине, размещенные на сайте кафедры МТМ.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:
1. Входного контроля подготовки к лабораторным работам в форме тестов.
2. Выполнения и защиты лабораторных работ (путём устного собеседования со студентом по теме работы).
3. Экспресс-контроля усвоения нового материала в ходе чтения лекций (обычно в форме тестов).
4. Рубежного контроля, выполняемого в форме компьютерного тестирования или письменной работы.
5. Презентации индивидуального задания или участия в НИРС, в олимпиадах и т. п.
6. Итогового контроля – экзамен в форме письменного ответа на вопросы билета по всем изученным разделам дисциплины. В процессе итогового контроля обязательно присутствует коммуникативная составляющая.
На кафедре имеются все необходимые по дисциплине контрольные задания, тесты, тренажеры, программы компьютерного тестирования.
Оценка уровня знаний и умений студента проводится в соответствии с рейтинг-планом по дисциплине и «Памяткой студента» (Приложение 1).
Образцы контролирующих материалов приводятся.
7.1. Примеры контролирующих материалов
По входному контролю перед лабораторной работой
1. В чем принципиальная разница между деформацией на молоте и на прессе?
1) У молота рабочее тело – газ, а у пресса – жидкость.
2) Во времени приложения нагрузки.
3) В величине поковок.
4) Пресс – более мощная установка, чем молот.
2. От чего зависит закаливаемость стали?
1) От температуры нагрева.
2) От содержания легирующих элементов в стали.
3) От содержания углерода в твердом растворе.
4) От скорости охлаждения в процессе закалки.
По рубежному контролю знаний
Вариант № …
1. Такую микроструктуру имеют сплавы, представляющие собой…
1) механическую смесь компонентов
2) твердый раствор
3) чистый металл
4) химическое соединение
2. В структуре перлитной жаропрочной стали недопустимо…
1) Появление графита 3) Зернистый перлит
2) Рост карбидов 4) Рост зерна твердого раствора
...
Примеры экзаменационных билетов
Билет № 1
1. Движущая сила и механизм самопроизвольной кристаллизации.
2. Какая из этих сталей тверже в отожженном состоянии: сталь 50, сталь У12 или сталь 20?
3. Как происходит зажигание сварочной дуги?
4. Виды работ на токарных станках.
Билет № 2
1. Как выглядит диаграмма состояния сплавов, упрочняемых закалкой и старением?
2. Жаропрочные стали.
3. Какие процессы происходят в доменной печи?
4. Литье по выплавляемым моделям.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
· основная литература:
1. , , Хворова : учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008.
2. Технологические процессы машиностроительного производства: учебное пособие. В 2 ч. / , , – Часть I и II. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004.
3. , Леонтьева : учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов. – М.: Машиностроение, 2008.
4. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов / Под общ. ред. . – М: Машиностроение, 2003.
· дополнительная литература:
1. Материаловедение и технология металлов: учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов / Под ред. . – М: высшая школа, 2001.
2. , и др. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений. – М.: Машиностроение, 2005.
· программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Информационно-образовательная среда дистанционного обучения на платформе WebCT: адрес http://e-el. lcg. *****
2. http://ddgg. isc. *****:8900
3. www. p2p. *****
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
При изучении основных разделов дисциплины и выполнении лабораторных работ студенты используют оборудование для механических испытаний, оптические микроскопы, в том числе с системой визуализации, термические печи с приборами для регулирования температуры, металлорежущие станки, литейное и сварочное оборудование, пневматический молот. Компьютеры используются для проведения рубежного контроля и подготовки методических материалов. Сложное и дорогостоящее оборудование используется для демонстрации возможностей различных видов анализа в материаловедении и современных технологических процессов.
Перечень учебно-лабораторного оборудования
1. Твердомеры Бринелля ТШ-2, Роквелла ТК-2 и Виккерса 11 шт.
2. Микротвердомер ПМТ-3 2 шт.
3. Испытательная машина МИРИ-100К 1 шт.
4. Маятниковый копер 2 шт.
5. Микроскопы биологические 5 шт.
6. Микроскопы металлографические Obzerver A1m,
Axiovert 40 MAT, МИМ-7, МИМ-8 9 шт.
7. Металлографический инвертированный микроскоп ЛабоМет-И 5 шт.
8. Микроскопный комплекс на базе ЛабоМет-И с системой
визуализации 1 шт.
9. Электропечи камерные лабораторные 14 шт.
10. Станок токарно-винторезный 11 шт.
11. Станок поперечно-строгальный 3 шт.
12. Станок вертикально-фрезерный 1 шт.
13. Станок горизонтально-фрезерный 5 шт.
14. Станок вертикально-сверлильный 2 шт.
15. Станок плоскошлифовальный 1 шт.
16. Фрезерное устройство FZ-25E 1 шт.
17. Станок ленточнопильный Pegas 140 2 шт.
18. Станок заточной Oregon 2 шт.
19. Шлифовально-полировальный станок «Нерис» 3 шт.
20. Трансформатор сварочный 2 шт.
21. Машина для точечной электроконтактной сварки 1 шт.
22. Машина для стыковой электроконтактной сварки 1 шт.
23. Молот пневматический ковочный МА4129 1 шт.
24. Закалочно-плавильная высокочастотная установка ВУГ 2-100 1 шт.
25. Учебно-исследовательский комплекс для создания моделей
быстрого прототипирования и отливки изделий методом
вакуумно-пленочной формовки 1 шт.
26. Дифрактометры рентгеновские ДРОН-2 и ДРОН-3М 2 шт.
27. Растровый электронный микроскоп РЭМ-200 1 шт.
28. Инфракрасный пирометр TPT-90 (Швеция) 1 шт.
29. Оптико-эмиссионный спектрометр PMI-Master 1 шт.
30. Цифровой фотоаппарат MDS-1500 (фирма Mustec) 3 шт.
31. Компьютеры IBM 14 шт.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2011 по направлению подготовки 131000 «Нефтегазовое дело», профилям подготовки «Бурение нефтяных и газовых скважин», «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти», «Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта», «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки».
Программа одобрена на заседании
кафедры МТМ (протокол № ____ от «___» декабря 2011 г.).
Авторы: к. т.н., доцент
ассистент
Рецензент: к. ф.-м. н., доцент
