Рабочая программа

Энгельсский технологический институт (филиал)

ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

кафедра «Материаловедение»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ОПД. Ф.06.01

«Материаловедение»

для направления 150600.62

«Материаловедение и технология новых материалов (МТНМ)»

Форма обучения – очная

Курс 3 Лекций 51 час.

Семестр 5,6 Практич. занятия нет

Часов в неделю 3,2 Лабор. Занятия 34 час.

Курсовая работа - нет СРС 68 час.

Курсовой проект – нет Всего часов 153

Расчетно-графическая работа – нет

Контрольная работа – нет

Экзамен – 6 семестр

Зачет – 5 семестр

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры МВ

29 августа 2011г. протокол

Зав. кафедрой МВ________________________ А.

Рабочая программа утверждена на заседании УМКН МТНМ

08 сентября 2011 г. , протокол

Председатель УМКС МТНМ ______________

Энгельс 2011 г.

1.  Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.

1.1. Цель преподавания дисциплины « Материаловедение» заключается в формировании инженерных знаний, навыков и умений в области технических материалов для изготовления изделий в машиностроении.

1.2. Основная задача курса «Материаловедение» - установление триединой связи между составом, свойствами и структурой технических материалов при изготовлении изделий в машиностроении.

1.3. Дисциплины, знания которых студентами необходимы для усвоения данной дисциплины: «Физика», «Химия», «Математика», «Сопротивление материалов».

1.4.Дисциплины, для которых необходимы знания дисциплины «Материаловедение» - «Технология материалов и покрытий», «Методы исследования материалов и процессов», «Композиционные материалы», «Моделирование и оптимизация материалов и технологических процессов», «Теория и технология процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий», «Теория, технология и оборудование наплавленных и плазмонанесенных деталей» и др.

2. Требования к занятиям и умениям студентов по дисциплине.

В результате изучения курса студенты должны знать: строение и свойства металлов и сплавов, диаграммы состояния, их анализ; основы теории и практики упрочняющей и разупрочняющей обработок (отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, обработку холодом, цементацию, азотирование, нитроцементацию, термомеханическую обработку); машиностроительные материалы, способы управления их структурой и свойствами; применяемость материалов в машиностроении, их назначение и область применения.

Студенты должны уметь: проводить макро и микроанализ металлов и сплавов и давать характеристику их структуры; осуществлять основные виды термообработки сталей (отжиг, нормализацию, закалку и отпуск); определять механические свойства (твердость) металлов и сплавов.

3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам занятий

№ модуля	№ недели	№ темы	Наименование темы	Часы
Всего	Лек.	Л. р.	СРС
1	1	1	Строение и свойства металлов и сплавов.	6	2	2	2
2	2	Кристаллизация металлов. Диффузионные и бездиффузионные превращения.	4	2	-	2
3-6	3	Деформация и разрушение. Механические свойства. Рекристаллизация.	21	8	4	9
2	7	4	Классификация сплавов. Диаграммы состояния, их анализ. Способы упрочнения.	10	2	-	8
8-9	5	Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма железо-цементит.	18	4	8	6
3	10-13	6	Теория и практика термической обработки стали. Химико-термическая обработка.	35	8	14	13
4	14-17	7	Стали обыкновенного качества и специального назначения, конструкционные, инструментальные стали и сплавы. Стали и сплавы с особыми свойствами.	18	8	2	8
5	18-21	8	Цветные металлы и сплавы	12	4	2	6
22-23	9	Сплавы на основе тугоплавких и редких металлов	4	2	-	2
24-29	10	Полупроводниковые материалы. Материалы микроэлектроники. Композиционные материалы	11	4	2	5
6	30-31	11	Полимерные материалы	5	2	-	3
32-33	12	Пластмассы	4	2	-	2
34	13	Полимерные материалы функционального назначения	4	2	-	2
Итого	153	51	34	68

4. Содержание Лекционного курса

Темы	Всего час.	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции.
1	2	1	Роль материала и его характеристик 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. Атомно-кристаллическое строение и свойства металлов и сплавов. Типы кристаллических структур, их характеристика. Дефекты атомно-кристаллического строения. Кривая Одинга.
2	2	2	Гомогенное и гетерогенное строение материала. Полиморфизм кристаллов. Кристаллизация металлов. Термодинамические основы самопроизвольной первичной кристаллизации. Размер кристаллов. Не самопроизвольная первичная кристаллизация, основы модификацирования, модификаторы тугоплавкие, поверхностно активные. Вторичная кристаллизация.
3	8	3	Деформация и разрушение. Механизм пластической деформации и упругой деформации. Механизм процесса разрушения. Усталость и ползучесть.
4	Механические свойства материалов: определяемые при статических испытаниях, при динамическом нагружении, при циклически действующих нагрузках.
5	Наклёп, влияние наклёпа на свойства материалов. Рекристаллизация: возврат, отдых, полигонизация, первичная и собирательная рекристаллизация. Физическая сущность упрочняющих и разупрочняющих процессов.
6	Макрорельеф поверхностей физических тел. Поверхностные явления. Самопроизвольные поверхностные явления. Эффект Ребиндера. Эффект Иоффе. Использование поверхностных явлений. Виды износа материалов.
Темы	Всего час.	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции.
4	2	7	Фазовые диаграммы. Экспериментальные методы построения фазовых диаграмм. Диаграмма состояния двойных сплавов. 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. Методы анализа диаграмм состояния (правило фаз, правило отрезков, правило концентраций) на примере диаграммы состояния для случая неограниченной растворимости компонент в твердом состоянии.
5	4	8	Основные типы черных металлов, их классификация и основные структурные, механические, физические и эксплуатационные характеристики. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом. Анализ диаграммы состояния железо - цементит.
9	Диаграмма состояний системы железо-графит. Классификация чугунов. Структура, свойства и применяемость белых, отбеленных и серых, модифицированных и высокопрочных чугунов. Маркировка
6	8	10	Основы теории термической обработки стали. Превращения при нагреве до аустенитного состояния. Диаграмма изотермическая превращения аустенита. Превращение аустенита при охлаждении и переохлаждении. Наследственная связь структуры и структурных преобразований.
11	Перлитное превращение. Бейнитное превращение. Мартенситное превращение. Диффузионные и бездиффузионные процессы. Превращения при отпуске стали.
12	Практика термообработки. Нагревательные устройства. Охлаждающие срезы. Защита от окисления при термообработке. Виды термообработки стали. Отжиг стали. Нормализация стали. Закалка стали. Выбор температуры. Охлаждение. Внутренние напряжения. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Способы закалки. Отпуск стали. Обработка холодом. Термомеханическая обработка.
13	Поверхностное упрочнение стали. Поверхностная закалка. Химико-термическая обработка. Цементация. Азотирование. Нитроцементация. Диффузионная металлическая. Ионное азотирование.
Темы	Всего час.	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции.
7	8	14	Классификация конструкционных сталей. Углеродистые конструкционные стали: обыкновенного качества и качественные, маркировка, назначение и области применения. Легированные стали: классификация и маркировка. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей.
15	Разновидности конструкционных сталей по назначению:машиностроительные ( цементуемые, улучшаемые, пружинные, шарикоподшипниковые) строительные. Структура, термообработка, назначение и области применения, маркировка
16	Конструкционные стали особого назначения. Коррозионностойкие стали. Жаропрочные и жаростойкие стали. Структура, термообработка, назначение и области применения, марктровка
17	Инструментальные материалы. Стали для режущих инструментов: углеродистые, легированные, быстрорежущие. Металлокерамические твердые сплавы. Режущая керамика, сверхтвердые материалы. Материалы абразивных инструментов. Структура, термообработка, назначение и области применения, маркировка
8	4	18	Основные типы цветных металлов и сплавов и покрытий на их основе. Классификация цветных сплавов. Литейные и деформируемые сплавы. Легкие цветные сплавы: алюминиевые, магниевые, титановые, бериллиевые. Структура, назначение и области применения, маркировка
19	Тяжелые цветные сплавы: медные (латуни и бронзы), медноникелевые, свинцовые, оловянные. Структура, назначение и области применения, маркировка
9	2	20	Тугоплавкие металлы и их сплавы. Сплавы на основе молибдена, ниобия, вольфрама, тантала. Благородные, редкоземельные, урановые, щелочные металлы. Структурные особенности, характеристики, назначение.
Темы	Всего час.	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции.
10	6	21	Неметаллические материалы. Основные типы полупроводниковых материалов. Материалы микро - и наноэлектроники: классификация и характеристики. Магнитные и немагнитные материалы. Структура, назначение и области применения.
22	Основные типы композиционных материалов (композиты с металлической и неметаллической матрицей ). Классификация композиционных материалов и покрытий: порошковые и гранулированные, изотропные и анизотропные слоистые и волокнистые композиционные металлические материалы и покрытия. Назначение и области применения.
23	Неорганические материалы и покрытия (силикаты, стекла, керамика, слюда, асбест, пленки, волокна, графит : особенности строения, назначение и применение.
11	2	24	Основные понятия о полимерах: полимеризация, поликонденсация. Классификация полимеров. Углеродные и органические полимерные материалы: углеграфитовые материалы, углерод-углеродные композиционные материалы, пластические массы, полимерные композиционные материалы, каучуки и резины общетехнического назначения.
12	2	25	Пластмассы: cостав, свойства, классификация (по виду наполнителя, по характеру связующего вещества, по применению). Термопластические и термореактивные.
13	2	26	Полимерные материалы функционального назначения: фрикционные и антифрикционные материалы, компаунды, герметики, пленки, волокна, лакокрасочные материалы состав, свойства, особенности применения.

5.Перечень лабораторных работ

№ темы	Всего час.	№ лабораторной работы	Наименования лабораторных работы Вопросы, отрабатываемые на лабораторных занятиях
1	2	1	Металлографический анализ металлов и сплавов. Устройство микроскопа, методика приготовления образца для анализа. [15]
3	2	2	Влияние степени холодной пластической деформации на структуру и свойства металла [17].
2	3	Исследование влияния температуры нагрева на структуру свойства холоднодеформированных металлов. [17,18]
4	6	4	Изучение микроструктуры углеродистой стали в равновесном состоянии.[8] Диаграмма состояния железо-цементит. Структурные составляющие в сталях. Металлография. Механические свойства. Маркировки.
5	2	5	Изучение структуры и механических свойств чугунов. [9] Диаграмма железо-графит. Белый, серый, ковкий, высокопрочный чугуны. Металлография. Механические свойства. Маркировка.
6	2	6	Изучение структуры стали в неравновесном состоянии.[10] Диаграмма изотермического превращения аустенита. Структурные составляющие. Скорость охлаждения. Механические свойства
6	7	Изучение отпуска закаленной стали. [19] Закалка, критические точки, свойства, отпуск, виды отпуска, структуры, механические свойства, твердомер.
4	8	Определение прокаливаемости сталей.[20] Закаливаемость, прокаливаемость, диаграмма Блантера, скорость охлаждения, размер деталей.
2	9	Изучение микроструктуры стальных деталей после цементации.[11] Химико-термическая обработка, цементация, виды цементации, структура, термообработка, Механические свойства.
7	2	10	Изучение микроструктуры инструментальных сталей и сплавов.[12] Штамповые, быстро режущие стали, твердые сплавы, термообработка, структура. Механические свойства.
8	2	11	Изучение микроструктуры цветных сплавов [13] Алюминиевые, медные сплавы. Баббиты. Структура, свойства, применение.
10	2	12	Микроструктурный анализ пластмасс [14]. Состав пластмасс, структура, виды пластмасс, технология приготовления образцов.

6. Задания для самостоятельной работы студентов

Самостоятельная внеаудиторная работа студентов заключается: в подготовке к лекционным занятиям; в подготовке теоретических вопросов и практических отчетов по лабораторным работам; в закреплении навыков анализа диаграмм состояния, назначения режимов термообработки и работы на твердомерах. Трудоемкость этого вида работы оценивается по нижеследующей таблице.

№ темы	Всего часов	Вопросы для самостоятельного изучения	Литература
1-8	30	Проработка лекционных материалов	[1,2,3]
1-8	20	Подготовка отчётов по лабораторным работам	[1-5,8-20]
2	5	Изучение диаграммы состояния железо-цементит и проведение анализа фазово-структурные превращений с применением правила фаз и правила отрезков для сплава, заданного преподавателем. Отчёт по этому виду работы предоставляется в письменной форме.	[1,2,3]
3	5	Освоение методики научно- обоснованного выбора стали и режима её термической обработки для получения требуемых механических свойств деталей	[1-5,16]
4	8	Выучить классификацию и маркировку железо-углеродистых сталей и сплавов, цветных сплавов, пластмасс.	[1-6]

7. Перечень практических занятий

Практических занятий учебным планом не предусмотрено.

8. Курсовой проект

Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.

9.Курсовая работа

Курсовая работа учебным планом не предусмотрена.

10. Расчетно-графическая работа

Расчетно-графическая работа учебным планом не предусмотрена.

11. Контрольная работа

Контрольная работа учебным планом не предусмотрена.

12. Список литературы

12.1. Список основной литературы (учебники, учебные пособия)

1.  Арзамасов, /, .-М.: Экзамен, 2009.-350с.

2.  Материаловедение: учебное пособие/.-М.: Академия, 2008.-336 с.

3.  Материаловедение и технология металлов/ под. ред. - 6-е изд., доп.- М: Высшая школа, 200с.

4.  Арзамасов, : учебник/, . - М: Изд-во МГТУ им. , 2002.-

5.  Материаловедение: учебник/ под. ред. .- М.: Высшая школа, 2002.-637 с.

6.  Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие/под. ред. .- СПб: Профессия, 2008.-560 с.

7.  Нанотехнологии. Наноматериалы /сб. под. ред. .-М.: Техносфера, 2008.-432 с.

12.2. Список методических указаний для выполнения лабораторных работ

8.  Земченков, микроструктуры углеродистой стали в равновесном состоянии: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 6 с.

9.  Земченков, структуры и механических свойств чугунов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 8 с.

10.  Земченков, структуры сталей в неравновесном состоянии: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 8 с.

11.  Земченков, структуры сталей после цементации: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 6 с.

12.  Земченков, структуры инструментальных сталей и сплавов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 6 с.

13.  Земченков, микроструктуры цветных сплавов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 8 с.

14.  Земченков, анализ пластмасс: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , - Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 10 с.

15.  Земченков, анализ металлов и сплавов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , . - Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 8 с.

16.  Махуков, сталей и режимов их термообработки. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / – Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 16 с.

17.  Сопляченко, , пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей / , .- Саратов: РИЦ СГТУ, 2009. – 16 с.

18.  Махуков, влияния температуры нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей/, .- Саратов: РИЦ СГТУ, 2006. – 8 с.

19.  Земченков, отпуска закаленной стали: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей/ , , .- Саратов: РИЦ СГТУ, 2006. – 8 с.

20.  Земченков, прокаливаемости сталей: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Материаловедение» для студентов механических специальностей/ , , .- Саратов: РИЦ СГТУ, 2006. – 12 с.

12.3. Список дополнительной литературы (учебники, периодическая литература)

1.  Гуляев, / .-М.: Металлургия, 1986.-544с.

2.  Лахтин, : учебник/, В. П Леонтьева.-М.: Машиностроение, 1980.-493 с.

3.  Лахтин, и термическая обработка металлов: учебник/.- М.: Металлургия, 1983.-360 с.

4.  Материаловедение и конструкционные материалы: учебник/под. ред. .- Минск: Вышейшая школа, 198с.

5.  Травин, : учебник/ , .- М.: Металлургия, 198с.

6.  Металловедение и термическая обработка.- Научно-технический и производственный журнал.

7.  Перспективные материалы.- Журнал РАН.

13. Контрольные вопросы для оценки степени усвоения дисциплины

13.1. Экзаменационные вопросы

Экзамен проводится в письменной форме. Время ответа на экзаменационный билет – 1 час. Экзаменационный билет содержит три вопроса, которые выбираются их следующих разделов:

1 раздел (первый вопрос билета)

1. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы атомных связей. Полиморфизм. Анизотропия.

2. Дефекты кристаллического строения, их роль в формировании механических свойств.

3. Кристаллизация металлов: термодинамика кристаллизация; размер кристаллов; самопроизвольная и несамопроизвольная кристаллизация; модифицирование; вторичная кристаллизация.

4. Механические свойства материалов: прочность, пластичность, твердость, вязкость, усталость, износостойкость. Хрупкое и вязкое разрушение.

5. Деформация, виды деформации, основы пластической деформации.

6. Наклёп и рекристаллизация.

7. Теория сплавов: компонент, сплав, фаза, твердый раствор, химическое соединение, механическая смесь.

8. Основные виды бинарных диаграмм состояния. Правила Курнакова.

9. Сталь: понятие стали, структурные составляющие углеродистой стали, классификация по составу, структуре, назначению. Маркировка.

10. Чугун: понятие чугуна, структурные составляющие, белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны. Маркировка.

11.Превращение в стали при нагреве: образование аустенита, зерно.

12. Диаграмма изотермического превращения аустенита при охлаждении на примере эвтектоидной стали. Термокинетическая диаграмма.

13.Перлитное превращение.

14. Мартенситное превращение.

15. Превращение при нагреве закаленной стали.

16. Закалка сталей: понятие, цель, виды закалок.

17. Отжиг, отпуск, нормализация: понятие, цель, виды.

18. Закаливаемость и прокаливаемость сталей. Химико-термическая обработка- цементация.

19. Поверхностное упрочнение сталей. Химико-термическая обработка-цементация.

20. Термомеханическая обработка (ВТМО, НТМО), закалка точками высокой частоты, азотирование, нитроцементация, фосфатировние.

21. Конструкционные стали (углеродистые и легированные): цементуемые, улучшаемые, высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые и др.

22. Инструментальные стали и сплавы (углеродистые и легированные): пониженной и повышенной прокаливаемости, быстрорежущие, штамповые. Твердые сплавы. Маркировка.

23. Коррозия, жаропрочность, жаростойкость. Коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие сплавы и стали.

24. Медь и ее сплавы понятие, свойства, назначение, маркировка. Баббиты.

25. Алюминий и его сплавы: Понятие, свойства, назначение, маркировка.

26. Сплавы на основе тугоплавких и редких металлов.

27. Основные понятия о полимерах: полимеризация, поликонденсация.

Классификация полимеров.

28.Органические и неорганические полимеры: особенности структуры,

свойства, назначение

29. Пластмассы: простые и сложные, термопластические термореактивные.

30. Основные типы композиционных материалов. Свойства и назначение.

31. Основные типы полупроводниковых материалов.

32. Виды износа. Фрикционные и антифрикционные материалы.

II раздел (второй вопрос билета)

Изобразить диаграмму состояния железо-цементит и описать кристаллизацию одного из сплавов по указанию преподавателя. Применить правило фаз, правило концентраций и правило отрезков.

III раздел (третий вопрос билета)

Расшифровать марку материала. Указать назначение и области применения. Описать свойства этого материала. Предложить и обосновать метод упрочняющий обработки.

Перечень марок сталей и сплавов.

1.  Ст 1 кп, Ст1 пв, Ст 3 кп, Ст 3 сп и др.

2.  10,15, 20, 25……65

3.  У8,У9….У13; У8А, У9А……У13А

4.  15Л, 20Л, 40Л, и др.

5.  А11, А20, А35…….

6.  Р9, Р18,Р9К6, Р8МЗФ2, Р6М5 и др.

7.  4ХС, 6ХС,6ХВ2С………..и др.

8.  20ХГР, 18 {UN? 18{2Y4 и др.

9.  40Х, 40 ХН,40ХГР

10.  75,65Г,55С2, 70СЗА и др.

11.  20Х13, 08Х18Н10Т

12.  12Х18Н10, 12Х18Н20,12Х13АГ19 и др.

13.  9ХС, ХГСВФ, 65ХФ, 85ХФ и др.

14.  ВК2, Т5К10,Т30К, ТТ9К6 и др.

15.  Д16, АК8,АЛ8

16.  Л59, Л62, ЛАЖ-1

17.  БрБ»,БрА1

18.  Б88, Б83, Б16

Примечание: 1 Во время экзамена пользоваться источниками информации (лекции, отчеты по лаб. работам, учебники, справочники) для подготовки ответа по разделам 1,2 не разрешается, по разделу 3-на усмотрение экзаменатора.

2. К экзамену допускаются студенты, полностью выполнившие требования программы:

-выполнили и отчитались по лабораторным работам;

- выполнили и отчитались по СРС;

13.2. Тестовые задания для оценки знаний

Разработаны в виде АСТ (адаптивная система тестирования), размещены в электронной базе ЭТИ СГТУ. Они содержат 242 вопроса, из которых формируется случайная выборка из 33 вопросов для оценки знаний. Разрешение на доступ к базе АСТ даёт преподаватель по согласованию с администратором сетей.

14.Использование наглядных пособий, вычислительной техники

1. Плакаты по всем разделам учебной дисциплины.

2. Видеоматериалы в личном ПК преподавателя.

3. Интернет-ресурсы.

Рабочую программу составил ассистент кафедры «Материаловедение»

___________________асс.