Триботехническое материаловедение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский государственный университет нефти и газа

имени

УТВЕРЖДАЮ:

Первый проректор по учебной работе,

___________________

«____»___________2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

триботехническое материаловедение

Направление подготовки 150700 «Машиностроение»

Профили подготовки Оборудование и технологии повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов

Квалификация выпускника БАКАЛАВР

Форма обучения ОЧНАЯ

Москва 2013 г.

1.  Цели освоения дисциплины

Целями и задачами дисциплины является усвоение основных сведений о свойствах материалов триботехнического назначения, их применении в конкретных узлах трения и условиях эксплуатации изделий, а также приобретение навыков использования знаний о триботехнических материалах в последующей трудовой деятельности.

2.  Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина «Триботехническое материаловедение» представляет собой одну из дисциплин вариативной части цикла профессиональных дисциплин, по выбору студента и относится к направлению «Машиностроение». Дисциплина базируется на курсах цикла профессиональных дисциплин (Б.3), входящих в модули Материаловедение, Технология конструкционных материалов, Детали машин и основы конструирования, читаемых на 2-5 семестрах.

2.  Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В процессе освоения данной дисциплины студент формируют следующие общекультурные и профессиональные компетенции при освоении ООП ВПО, реализующей ФГОС ВПО:

-  способность на научной основе организовывать свой труд, оценивать с большой степенью самостоятельности результаты своей деятельности, владеть навыками самостоятельной работы (ОК-6);

-  способность приобретения с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий (ОК-7);

-  осознание сущности и значения информации в развитии современного общества, владение основными способами и средствами получения, хранения и переработки информации (ОК-11);

-  обладание навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

-  знание основных методов, способов и средств получения, хранения, переработки информации, использование для решения коммуникативных задач современных технических средств и информационных технологий с использованием традиционных носителей информации, распределенных баз знаний, а также информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);

-  умение выбирать основные и вспомогательные материалы и способы реализации основных технологических процессов и применять прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения (ПК-6);

-  умение применять методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей используемых материалов и готовых изделий (ПК-7);

-  умение применять современные методы для разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машиностроительных технологий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий, умение применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов в машиностроении (ПК-8);

-  готовность выполнять работы по стандартизации, технической подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов с использованием типовых методов контроля качества выпускаемой продукции (ПК-13);

-  способность к систематическому изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-17);

-  способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-23);

-  умение проводить патентные исследования с целью обеспечения патентной чистоты новых проектных решений и их патентоспособности с определением показателей технического уровня проектируемых изделий (ПК-25);

-  умение применять методы контроля качества изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности, проводить анализ причин нарушений технологических процессов в машиностроении и разрабатывать мероприятия по их предупреждению (ПК-26);

-  умение выбирать материалы с необходимым комплексом физико-механических и трибологических характеристик для восстановления изношенной поверхности детали (ПСК-4).

В результате освоения дисциплины студент демонстрировать следующие результаты образования.

Студент должен знать:

- основные сведения о материалах: металлических, неметаллических, композиционных, основные стандартные методы определения физико-механических свойств конструкционных материалов, проблемы экономии материалов (ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПСК-4);

- основные характерные свойства материалов, применяемых в триботехнике и триботехнологии (ПК-7, ПК-8, ПСК-4);

- основы теории изнашивания, классификацию видов изнашивания и методы определения остаточного ресурса деталей (ПК-4);

- названия справочных и периодических изданий в области машиностроительного производства (ПК-14, ПК-17).

Студент должен уметь:

- рассчитывать и анализировать основные физико-механические характеристики материалов: модуль упругости, пределы прочности, упругости, текучести, коэффициент ударной вязкости и др. (ОК-7, ОК-12, ПК-7, ПК-8, ПСК-4);

- пользоваться справочной технической литературой для проведения расчетов и выбора необходимого материала по заданным условиям эксплуатации изделий (ОК-10, ОК-12, ПК-8, ПК-17, ПК-23);

- использовать полученные теоретические и практические знания при освоении специальных дисциплин профессионального цикла (ОК-11, ПК-17).

Студент должен владеть:

- навыками работы на отечественном и зарубежном лабораторном оборудовании для определения основных физико-механических характеристик прочности и пластичности конструкционных материалов (ПК-7, ПК-8);

- навыками работы с технической и справочной литературой и документацией (ПК-15).

3.  Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

№ п/п	Разделы дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Коды компетенций	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Л	ЛР	ПЗ	СР
	Триботехническое материаловедение	5	1-18	18	36		54
1	Введение в предмет триботехнического материаловедения	5	1	2			2	ОК-1, 4, 6, 7; ПК-2, 3, 6, 8, 17, 23, 26, ПСК-4	7, 11 неделя - рубежный контроль Защита ЛР Экзамен
2	Виды изнашивания материалов. Абразивное изнашивание	5	1-3	0	8		4	ОК - 1, 6, 7; ПК - 3, 6, 7, 17, 19, 26, ПСК-4
3	Ударно-абразивное изнашивание материалов	5	4	0	2		4	ОК - 1, 6, 7; ПК - 3, 6, 7, 17, 19, 26, ПСК-4
4	Эрозионно-абразивное изнашивание	5	5	0	2		4	ОК-1, 6, 7; ПК - 3, 6, 7, 17, 19, 26, ПСК-4
5	Влияние температуры и среды на изнашивание материалов	5	6	2			4	ОК - 6, 7, 8; ПК - 6, 7, 14, 17, ПСК-4
6	Материаловедческие аспекты структурных превращений в сталях	5	7	2	4		4	ОК - 6, 7, 8; ПК - 6, 7, 14, 17, ПСК-4
7	Критерии износостойкости	5	8-9	2	6		4	ОК - 6, 7, 9; ПК - 6, 8, 13, ПСК-4
8	Износостойкость сталей	5	10-11	2	2		4	ОК - 6, 7, 9; ПК - 6, 8, 13, ПСК-4
9	Износостойкость чугунов	5		0	0		4	ОК - 6, 7, 9; ПК - 6, 8, 13, ПСК-4
10	Структурные превращения на поверхностях трения	5	12	2	0		4	ОК - 6, 7, 11, 14; ПК - 6, 7, 17, ПСК-4
11	Неметаллические материалы	5	13	2	2		4	ОК - 6, 7, 11; ПК - 6, 7, 17, ПСК-4
12	Резины и углепластики. Композиционные материалы	5	14-15	0	6		4	ОК - 6, 7, 11; ПК - 6, 7, 17, ПСК-4
13	Антифрикционные материалы	5	16-17	2	2		4	ОК - 6, 7, 11; ПК - 6, 7, 17, ПСК-4
14	Фрикционные материалы	5	17-18	2	2		4	ОК - 6, 7, 11; ПК - 6, 7, 17, ПСК-4

3.1.  Содержание разделов дисциплины

1.  Введение в предмет триботехнического материаловедения.

Введение. Материалы, применяемые в машиностроении, нефтегазовой и других отраслях промышленности и их назначение в обеспечении долговечности машин, механизмов, аппаратов и трубопроводов. Основные термины и определения.

2.  Виды изнашивания материалов. Абразивное изнашивание.

Классификация видов изнашивания. Механизм разрушения поверхностей материалов при различных видах изнашивания. Физико-механические свойства материалов, определяющие их сопротивление абразивному изнашиванию при скольжении.

3.  Ударно-абразивное изнашивание материалов.

Механизм разрушения поверхности деталей и свойства материалов, определяющие их сопротивление изнашиванию при ударном воздействии абразива.

4.  Эрозионно-абразивное изнашивание.

Механизм разрушения поверхности деталей в условиях абразивной эрозии и влияние физико-механических свойств материалов на их износостойкость.

5.  Влияние температуры и среды на изнашивание материалов.

Влияние температуры окружающей среды на процесс разрушения при изнашивании. Особенности разрушения поверхности материалов при изнашивании в коррозионно-активных средах.

6.  Материаловедческие аспекты структурных превращений в сталях.

Общие представления о фазовом и структурном состоянии металлов и сплавов. Взаимосвязь химического состава и видов термической и поверхностной обработки материалов с их износостойкостью.

7.  Критерии износостойкости.

Критерии износостойкости и основы выбора материалов для узлов трения, работающих в различных условиях изнашивания.

8.  Износостойкость сталей.

Общие сведения об износостойкости углеродистых и легированных машиностроительных сталей, инструментальных, мартенситно-стареющих и нестабильно аустенитных сталей.

9.  Износостойкость чугунов.

Износостойкость серых, белых и высокопрочных чугунов.

10.  Структурные превращения на поверхностях трения.

Износостойкость сплавов цветных металлов на основе никеля, меди, алюминия. Структурные и фазовые превращения на поверхности трения и их влияние на износостойкость.

11.  Неметаллические материалы.

Основные сведения о строении и свойствах неметаллических материалов и их применении в узлах трения. Полимеры, слоистые материалы и их износостойкость.

12.  Резины и углепластики. Композиционные материалы.

Резины в различных узлах трения. Углеграфитовые и металлокерамические материалы. Композиционные материалы и их свойства.

13.  Антифрикционные материалы.

Антифрикционные металлические и неметаллические материалы, их назначение и комплекс физико-механических характеристик, определяющих их свойства.

14.  Фрикционные материалы.

Фрикционные материалы. Условия работы и общие требования к их свойствам. Металлические, неметаллические и композиционные фрикционные материалы.

4.2.2. Основные темы лабораторных работ

1.  Определение коэффициента трения при испытании материалов на трении и изнашивание (ОК - 1, 6, 7; ПК - 3, 6, 7, 17, 19, 26);

2.  Изучение поверхности изнашивания (на сканирующем электронном микроскопе) и оценка механизма разрушения.(ОК - 1, 6, 7; ПК - 3, 6, 7, 17, 19);

3.  Обобщенные сведения о фазовом и структурном состоянии сталей. Структурные классы сталей. (ОК-6,7,8; ПК-6, 7, 14, 17);

4.  Оценка износостойкости сталей различных структурных классов по комплексу физико-механических свойств. (ОК-6,7,8; ПК-6, 7, 14, 17 );

5.  Критерии выбора износостойких сталей на основе их стандартных механических характеристик. (ОК-6,7,8; ПК-6, 7, 14, 17);

6.  Условия рационального использования неметаллических материалов в парах трения.( ОК-6,7,11; ПК-6,7,17);

7.  Резины и резино-металлические изделия, используемые в узлах трения машин и механизмов. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,17);

8.  Получение изделий на основе композиционного материала путем армирования стали релитом. ( ОК - 6,7,11; ПК - 6,7,17);

9.  Особенности, свойства и области применения антифрикционных и фрикционных материалов. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,17).

4.2.3. Основные темы практических занятий

Практических занятий в учебном плане нет.

4.  Образовательные технологии

Дисциплина «Триботехническое материаловедение» входит составной частью в модуль «Материаловедение». При реализации программы используются различные образовательные технологии – во время аудиторных занятий (54 часа). Занятия проводятся в виде лекций с использованием ПК, компьютерного видеопроектора, мультимедийного комплекса (18 часов) и лабораторных занятий (36 часов) в лаборатории металлографии, триботехническом центре кафедры на моделях, лабораторных стендах, установках и натурных образцах. Самостоятельная работа студентов предусматривает работу под руководством преподавателя (консультации и помощь в выполнении и оформлении лабораторных работ), а также самостоятельную подготовку студентов к защите лабораторных работ, рубежному контролю и к экзамену.

5.  Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Оценочными средствами являются:

- для текущего контроля – защита лабораторных работ;

- для промежуточной аттестации – два рубежных контроля, которые проводятся перед контрольными неделями, а также средством контроля является введенная в университете рейтинговая система оценки успеваемости студентов. Контрольные вопросы и задания для промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

В течение преподавания курса «Триботехническое материаловедение» в качестве форм текущей аттестации студентов используются такие формы, как собеседование при приеме результатов лабораторных работ. По итогам обучения проводится экзамен.

Перечень примерных вопросов к промежуточной аттестации:

1.  Механизм разрушения материалов при различных видах изнашивания. (ОК-1,6,7; ПК-3,6,7,17,26)

2.  Износостойкие материалы. Штамповые стали для холодного деформирования. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

3.  Механизм разрушения материалов при коррозионном изнашивании (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13).

4.  Коррозионностойкие стали. Маркировка. (ОК-6,7; ПК-6,7,14,17)

5.  Влияние температуры на изнашивание материалов. (ОК-6,7; ПК-6,7,14,17)

6.  Диаграмма Fe – Fe3C. Влияние углерода на свойства сталей. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

7.  Диаграмма Fe – Fe3C. Заэвтектоидные сплавы. Превращения при нагреве. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

8.  Диаграмма Fe - Fe3C. Фазы и структуры. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

9.  Диаграмма Fe – Fe3C. Cплавы с эвтектикой. Назначение в промышленности. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

10.  Диаграмма Fe – Fe3C. Доэвтектоидные сплавы. Превращения при нагреве. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

11.  Стали устойчивые против разгарного износа. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

12.  Критерии износостойкости материалов. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

13.  Мартенситно-стареющие сплавы. (ОК-6,7; ПК-6,7,14,17)

14.  Изнашивание при трении по абразиву. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

15.  Превращения в стали при отпуске. Изменение механических свойств. (ОК-6,7,9; ПК-6,7,13,17)

16.  Износостойкость чугунов. (ОК-6,7,9; ПК-6,7,13,17)

17.  Влияние высоких и низких температур на износостойкость.(ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

18.  С-образная диаграмма. Закалка стали. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

19.  Износостойкость наплавочных сплавов. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

20.  Принципы создания композиционных материалов. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

21.  Влияние легирующих элементов на свойства сталей. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,14,17)

22.  Армирование твердыми сплавами. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

23.  Механизм изнашивания при трении качения. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

24.  Легированные стали. Маркировка и применение. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

25.  Антифрикционные металлические материалы. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,13)

26.  Превращения в материалах в твердом состоянии. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13 )

27.  Износостойкость инструментальных сталей. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13 )

28.  Неметаллические антифрикционные материалы. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,14,17)

29.  Превращения на поверхностях трения. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

30.  Износостойкие материалы. Быстрорежущие стали. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

31.  Применение полимеров в узлах трения. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,14,17)

32.  Механизм разрушения материалов при трении качения. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

33.  Серые литейные чугуны. Марки, свойства, износостойкость. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

34.  Фрикционные неметаллические материалы. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

35.  Механизм разрушения материалов в парах трения. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

36.  Влияние структурных составляющих стали на износостойкость. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

37.  Износостойкость полимерных материалов. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

38.  Механизм разрушения материалов в электролитах. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

39.  Влияние низких температур на изнашивание сталей. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

40.  Основные критерии износостойкости. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

41.  Высокопрочные чугуны и их износостойкость. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

42.  Механизм разрушения материалов при абразивном изнашивании. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

43.  Ковкие чугуны. Свойства, марки, износостойкость. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

44.  Механизм разрушения материалов при ударно-абразивном изнашивании. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

45.  Износостойкость слоистых материалов и резин. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,14,17)

46.  Износостойкость углеграфитов и углепластиков. (ОК-6,7,11; ПК-6,7,14,17)

47.  Механизм разрушения материалов при газоабразивном изнашивании. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

48.  Износостойкость твердых сплавов. (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

49.  Композиционные материалы, свойства, применение (ОК-6,7,9; ПК-6,8,13)

6.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.  , , – Основы трибологии и триботехники: учебное пособие. – 2.е изд., стер. – М.: Машиностроение, 2011. – 208 с.

2.  Лаптев материаловедение. – М.: ГАНГ, 1997. – 97 с.

3.  , Леонтьева . – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

4.  Гаркунов . – М.: Машиностроение, 1985. – 424 с.

5.  Машиностроительные материалы. Краткий справочник / и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 511 с.

6.  Износостойкие материалы в химическом машиностроении. Справочник./Под ред. . – Л.: Машиностроение, 1977 – 256 с.

7.  Трение, изнашивание и смазка. Справочник в 2-х книгах. Кн.1./Под ред. – М.: Машиностроение, 1978. – 400 с.

8.  Трение, изнашивание и смазка. Справочник в 2-х книгах. Кн.2./Под ред. – М.: Машиностроение, 1979. – 358 с.

9.  Основы трибологии (трение, износ, смазка). Учебник для технических вузов./Под ред. . – М.: Центр «Наука и техника», 1995. – 778 с.

10.  , Сорокин сталей и сплавов. – М.: Нефть и газ, 1994. – 417 с.

11.  , Сорокин изнашивание сталей и сплавов. – М.: Недра, 1996. – 364 с.

12.  , Левин для оборудования нефтяной и газовой промышленности. Справочное пособие. – М.: Недра, 1995. – 287 с.

б) дополнительная литература

1.  Сорокин сталей и сплавов. Учебник для вузов. – М.: Недра, 2000. – 317 с.

2.  Крагельский и износ. – М.: Машиностроение, 1968. – 480 с.

3.  Справочник по триботехнике. В 3-х томах. Т.3. Триботехника антифрикционных, фрикционных и сцепных устройств./Под общей ред. и – М.: Машиностроение, 1992. – 430 с.

4.  Структура и свойства композиционных материалов./ и др. – М.: Машиностроение, 1979. – 255 с.

5.  Композиционные спеченные антифрикционные материалы/ , – Киев: Наукова думка, 1980. – 404 с.

в) программное обеспечение:

Специальные вычислительные и контролирующие компьютерные программы, созданные сотрудниками и преподавателями кафедры «Трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования» РГУ нефти и газа им. .

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:

Интернет-ресурсы

13.  Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Трибоцентр, оснащенный стандартным комплектом отечественных и зарубежных приборов и установок. Лаборатория металлографии, металлографический, растровый электронный микроскоп.

Компьютерные программы по расчету механических характеристик сталей и сплавов. Мультимедийный курс лекций, видео, макеты, плакаты, презентации.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и примерной ООП ВПО по направлению 150700 «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов»

Авторы:

Профессор кафедры трибологии

и технологий ремонта НГО, д. т.н.

Заведующий кафедрой трибологии

и технологий ремонта НГО, д. т.н.

Программа одобрена на заседании УМК факультета инженерной механики РГУ нефти и газа имени от «___» ___________201__ года, протокол № __.

Председатель учебно-методической комиссии

факультета инженерной механики

Начальник УМУ