Материаловедение (стр. 1 )

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Калининградский государственный технический

университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по учебно-методической работе

« » 2012г.

Рабочая программа дисциплины

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Профессиональный цикл, базовая часть

Направление подготовки

150700 «Машиностроение»

Квалификация (степень) выпускника

бакалавр

Форма обучения

очная, заочная

Факультет автоматизации производства и управления

Кафедра – разработчик - кафедра автоматизированного машиностроения

Калининград 2012

1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Материаловедение» является формирование знаний, умений и навыков по выбору и использованию различных материалов для изготовления деталей машин, инструмента; режимов термической обработки.

Задачи дисциплины:

- изучение свойств материалов, в том числе полимерных и композиционных;

- изучение различных методов термической обработки (предварительной и окончательной) материалов;

- изучение новейших методов упрочнения материалов.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Материаловедение» входит в базовую часть профессионального цикла ООП. При изучении дисциплины используются знания и навыки довузовской подготовки по физике, а также полученные студентами при параллельном освоении дисциплины «Химия» ( 1 курс).

Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Материаловедение», используются в курсах «Технология конструкционных материалов», «Теория резания», «Режущий инструмент», «Технология машиностроения» и других, а также при выполнении выпускной квалификационной работы бакалавра.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения

дисциплины

В результате освоения дисциплины «Материаловедение» у обучающегося формируются следующие общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК) компетенции (или их элементы), предусмотренные ФГОС ВПО:

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

• 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);

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

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- тенденции развития материаловедения;

- основные свойства и области использования наиболее распространенных конструкционных инструментальных машиностроительных материалов; композиционных полимерных и других неметаллических материалов;

- виды предварительной и окончательной термической обработки заготовок и деталей машин;

- способы поверхностного упрочнения деталей;

- область применения материалов.

уметь:

- самостоятельно пользоваться учебной и научно-технической литературой;

- ориентироваться в потоке информации для ее применения в учебном процессе;

- выбрать вид термообработки для готового изделия с точки зрения экономической эффективности, обеспечения долговечности и надежности детали.

владеть:

- способами распознавания материала по марке, расшифровке его химического состава;

4 . Структура и содержание дисциплины «Материаловедение»

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц, т. е. 252 академических часа, в т. ч. в первом семестре – 2 зачетные единицы (72 часа, из них 30 часов – аудиторные занятия (АЗ), 42 часа – самостоятельная работа (СРС); во втором семестре 5 зачетных единиц (180 часов, из них 44 часа АЗ, 136 часов – СРС). Промежуточная аттестация по дисциплине (в первом семестре) – зачет, итоговая аттестация по дисциплине (после второго семестра) – экзамен. Во втором семестре предусматривается курсовая работа, по результатам которой выставляется оценка. Более подробные сведения о структуре дисциплины, видах, трудоемкости и формах контроля учебной работы студентов приведены в нижерасположенной таблице

№ п/п	Тема дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Трудоемкость учебной работы по ее видам (час)	Формы текущего контроля успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации по дисциплине
АЗ	СРС	Всего
Лекции	ЛЗ *
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Строение металлов и сплавов	1	1-4	3	4	2	9	·  Тест ·  Защита лаб. работ
2	Теория сплавов	3-8	3	4	2	9	·  Тест ·  Защита лаб. работ
3	Упругая и пластическая деформация. Рекристаллизация.	7-12	3	4	4	11	·  тест ·  защита лаб. рабты
4	Железоуглеродистые сплавы	9-14	4	2	26	32	·  Тест ·  Защита лаб. работы
5	Термическая и химико-термическая обработка	13-16	3	-	2	5	·  Тест
	Подготовка к сдаче и сдача зачета	16-17	-	-	6	6	·  Зачет
	Всего в первом семестре		16	14	42	72
30
5	Термическая и химико-термическая обработка	2	1-4	2	8	16	26	·  Тест ·  Защита лаб. работ
6	Легированные стали	3-9	5	6	10	21	·  Тест ·  Защита лаб. работ
1	2	3	4	5	6	7	8	9
7	Цветные металлы и сплавы	2	7-11	4	6	15	25	·  Тест ·  Защита лаб. работ
8	Неметаллические материалы	11-16	3	10	15	28	·  Тест ·  Защита лаб. работ
9	Курсовая работа**	4-17	-	-	36	36	·  Контроль выполнения и защита курсовой работы
Всего во втором семестре		14	30	92	136
44
Подготовка к экзамену и его сдача в период экзаменационной сессии			44	44	·  Экзамен
Итого по дисциплине	30	44	178	252	·  Зачет ·  Защита курсовой работы ·  Экзамен
74

*ЛЗ – Лабораторные занятия

** - При выполнении курсовой работы используются знания, умения и навыки, полученные при изучении всех тем дисциплины.

4.2 Теоретические занятия (лекции)

Объем лекционных занятий – 30 часов (16часов в первом семестре, 14 часов во втором семестре)

№ п/п	Тема	Содержание	Кол-во часов
1	2	3	4
1	Строение металлов и сплавов	Свойства металлов и периодическая система элементов. Типы связей в твердых телах. Металлический тип связи. Атомно–кристаллическая структура металлов. Типы кристаллических решеток и их основные характеристики. Кристаллографические плоскости и направления. Полиморфизм. Анизотропия кристаллов. Дефекты кристаллического строения металлов. Процессы плавления и кристаллизации. Термодинамические основы фазовых превращений. Кинетика кристаллизации. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Величина зерна. Модифицирование жидкого металла.	3
1	2	3	4
2	Теория сплавов	Сплав, компонент, фаза, система сплавов. Твердые растворы. Химические соединения (промежуточные фазы). Механические смеси. Особенности кристаллизации сплавов. Правило фаз. Диаграммы состояния двойных сплавов. Построение диаграмм экспериментальным путем. Диаграмма состояния с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Правило отрезков. Эвтектическая кристаллизация. Превращения в сплавах в твердом состоянии. Диаграмма состояния системы сплавов, компоненты которых имеют полиморфное превращение. Эвтектоидное, перитектическое превращение. Графические признаки диаграммы. Связь между химическим составом, структурой и свойствами сплавов (правило Курнакова, Бочвара). Виды ликвации и методы их устранения. Классификация сплавов по технологическим свойствам.	3
3	Упругая и пластическая деформация. Рекристаллизация, механические свойства металлов и сплавов.	Напряжение и деформация. Упругая и пластическая деформация. Механизмы пластической деформации. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Холодная и горячая деформация. Наклеп. Текстура деформации. Хрупкое и вязкое разрушение. Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированного железа. Возврат и полигонизация. Первичная, собирательная и вторичная рекристаллизация. Критическая степень деформации. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Основные механические свойства материалов: прочность, твердость. Динамическая прочность. Усталость материалов. Триботехнические характеристики. Температурные характеристики. Технологические свойства.	3
4	Железоуглеродистые сплавы	Диаграмма состояния системы сплавов железо – углерод (железо - цементит). Фазы и структурные составляющие сталей и белых чугунов, их характеристики, условия образования и свойства. Основные линии диаграммы. Критические точки диаграммы. Превращения в железоуглеродистых сплавах при нагреве. Классификация и маркировка углеродистых сталей и чугунов. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Классификация сталей по составу, структуре, качеству, раскислению. Маркировка сталей и области применения. Диаграмма состояния железо – графит. Белый и отбеленный чугун. Серый чугун. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на структуру серого чугуна. Маркировка чугунов. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун. Легированные чугуны, антифрикционные чугуны	4
1	2	3	4
5	Термическая и химико-термическая обработка	Способы получения сплавов в равновесном и неравновесном состоянии. Сущность и назначение термической обработки стали. Превращения в стали при нагреве. Рост зерна аустенита. Влияние размера зерна на механические и технологические свойства стали. Влияние легирующих элементов на рост зерна аустенита. Перегрев, пережог. Превращения переохлажденного аустенита. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное, промежуточное, мартенситное превращения. Мартенсит, его строение и свойства. Влияние легирующих элементов на превращения. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Превращения при нагреве закаленной стали (отпускные превращения). Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Обратимая и необратимая хрупкость. Основные виды и назначения термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Закалка. Назначение закалки. Выбор температуры нагрева под закалку. Охлаждающие среды. Виды закалок. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Обработка стали холодом. Поверхностная закалка (индукционный нагрев, газопламенный нагрев, нагрев лазером). Отпуск. Назначение отпуска. Виды отпуска: низкий, средний, высокий. Область применения. Химико-термическая обработка (ХТО). Физические основы химико-термической обработки. Виды ХТО: цементация, азотирование, алитирование, хромирование и др. Термомеханическая обработка. Поверхностное упрочнение наклепом.	5
6	Легированные стали	Назначение легирования. Фазы, образуемые легирующими элементами с железом и углеродом (твердые растворы, интерметаллиды, карбиды). Влияние легирующих элементов на свойства феррита и аустенита. Классификация легированных сталей по назначению, по химическому составу. Маркировка легированных сталей. Конструкционные легированные стали. Требования, предъявляемые к конструкционным сталям. Роль легирующих элементов. Листовая сталь для холодной штамповки. Сталь повышенной и высокой обрабатываемости резанием. Строительные, корпусные, цементуемые, улучшаемые, пружинные стали, их состав и строение, термическая и химико-термическая обработка. Пороки легированных машиностроительных сталей. Конструкционные коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы. Хромистые стали (мартенситного, ферритного класса). Хромоникелевые аустенитные стали. Коррозионностойкие сплавы на никелевой основе. Жаростойкие (окалиностойкие) стали. Конструкционные жаропрочные стали и сплавы. Жаропрочность. Характеристики жаропрочности. Пути повышения жаропрочности. Стали перлитного, мартенситного классов. Жаропрочные стали аустенитного класса с карбидным и интерметаллическим упрочнением. Области применения жаропрочных сталей. Жаропрочные сплавы на железо – никелевой основе, никелевой основе. Инструментальные легированные стали. Классификация и маркировка инструментальных сталей. Требования к инструментальным сталям. Стали высокой твердости, не обладающие теплостойкостью. Теплостойкие быстрорежущие стали их термическая обработка. Теплостойкие стали повышенной вязкости. Твердые сплавы, их классификация. Стали для штампов холодного и горячего деформирования. Стали для форм литья под давлением и прессования. Выбор инструментальной стали. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами. Классификация материалов по магнитным свойствам. Магнитное превращение. Магнитотвердые и магнитомягкие стали и сплавы	5
7	Цветные металлы и сплавы	Медь и ее сплавы. Свойства меди. Классификация и маркировка медных сплавов. Латуни, однофазные и двухфазные. Состав, структура, свойства и применение латуней. Бронзы оловянистые, алюминиевые, свинцовистые и другие. Состав, структура и область применения. Алюминий и его сплавы. Алюминий, его свойства и применение в технике. Классификация алюминиевых сплавов по технологическим свойствам. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой (дуралюмины и др.) и не упрочняемые термообработкой (магналии). Литейные алюминиевые сплавы. Силумины. Состав, структура, свойства, маркировка, области применения. Модифицирование силуминов. Антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты), алюминия, цинка. Особенности структуры, состав, свойства, области применения. Титан и его сплавы. Титан. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титана. Конструкционные сплавы титана, их свойства и области применения. Термическая обработка титановых сплавов. Новые металлические материалы. Композиционные материалы. Виды композиционных материалов: волокнистые дисперсионно–упрочняемые композиционные материалы на основе алюминия, никеля и др. материалов. Слоистые композиционные материалы. Сплавы с “эффектом памяти формы”. Конструкционные порошковые материалы. Пористые и компактные порошковые материалы. Порошковые сплавы на железной основе для деталей машин, инструмента. Электроматериалы. Зонная теория твердого тела. Проводники, полупроводники, диэлектрики	4
8	Неметаллические материалы	Полимерные материалы. Свойства полимеров. Термопластичные и термореактивные полимеры. Влияние строения полимеров на свойства: линейные, разветвленные, пространственные полимеры. Аморфные, кристаллические полимеры. Три состояния аморфных термопластов. Ориентационное упрочнение полимеров. Пластмассы. Состав пластмасс: связующие (полимеры), отвердители, пластификаторы, наполнители. Их назначение и виды. Клеи, составы для “холодной” сварки (ремонтные составы). Пенопласты. Классификация пенопластов по виду полимера, строению ячеек. Свойства и применение пенопластов. Лакокрасочные материалы: лаки, эмали, краски, грунты, шпатлевки. Состав, свойства, применение. Маркировка лакокрасочных материалов. Лаки и краски специального назначения: тиксотропные, теплоотражающие, термоиндикаторные, флуоресцентные. Грунты, их виды. Термоусаживающиеся пластмассы. Силикатные материалы: стекло, керамика. Состав, строение, свойства. Неорганическое стекло, кварцевое стекло, электроизоляционные и электропроводящие стекла, пеностекло. Техническая керамика. Состав, свойства, применение.	3
	ИТОГО:		30

4.3 Лабораторные работы