Методические указания по изучению дисциплины Материаловедение

ОГБПОУ «Шарьинский политехнический техникум Костромской области»

Рассмотрено: на заседании ЦМК общеобразовательных дисциплин Протокол №______ от «___» ____________20___ г. Председатель ЦМК _________________

Согласовано: Зам. директора по УМР __________ «___» __________ 201__г.

Утверждено: Приказом № ___ «____» ______20____ г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по изучению дисциплины

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

(С ПРОГРАММОЙ И КОНТРОЛЬНЫМИ ЗАДАНИЯМИ)

для студентов заочной формы обучения по специальности

190623

«Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

Разработчик: - преподаватель дисциплин общепрофессионального цикла

Шарья, 2014

Разработчик: - преподаватель дисциплин общепрофессионального цикла

Методические указания по изучению дисциплины «Материаловедение»:

Методические указания по изучению дисциплины Материаловедение (с программой и контрольными заданиями) / Сост.: ; Шарьинский политехнический техникум Костромской области – Шарья, 2014. –с. 23

Методические указания по изучению дисциплины разработаны в соответствии с ФГОС СПО по специальности 190623 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог». Они содержат учебную программу курса, тематический план, методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов, контрольные задания для текущей и итоговой проверки знаний.

Для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 190623 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

1.Пояснительная записка.

Развитие машиностроения особенно в условиях острой конкуренции определяется правильностью выбора конструкцион­ного материала, способа и технологии изготовления заготовки и последующей её обработки, технологического процесса упрочняющей обработки. От использования современных материалов и технологий зависит не только потребительские свойства, надежность и долговеч­ность производимых механизмов и машин, но возможность экономии ма­териальных, энергетических и трудовых затрат.

Знание основ материаловедения и технологии конструкционных материалов позволяет глубже понимать поведение материалов в разных условиях технологической обработки и эксплуатации, целенаправленно проводить выбор материалов с необходимыми свойствами и технологий изготовления деталей из них. Это обеспечивает получение изделий с заданными эксплуатационными свойствами, что имеет важное значение не только для конструкторов и технологов, но и экономис­тов в практике экономического обоснования целесообразности использования тех или иных материалов, способов получения заготовок и изделий из них.

Согласно учебному плану ОГБОУ СПО «Шарьинский политехнический техникум Костромской области» по специальности 190623 Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог, на изучение дисциплины «Материаловедение» отводится 48 часов. Общий объём аудиторных занятий – 16 часов ( установочные лекции 4 часа, обзорные лекции – 8 часов, лабораторно-практические занятия – 4 часа). Основной формой обучения является самостоятельная работа.

В 1-м семестре: установочные лекции – 4 часа, выдача заданий на контрольную работу. Во 2-м семестре: обзорные лекции – 8 часов, лабораторно-практические занятия – 4 часа, консультации 2 часа, экзамен.

В качестве базового учебника рекомендуется [1] (см. Перечень рекомендуемы учебных изданий)

2.Тематический план

по дисциплине «Материаловедение»

№ п/п	Наименование разделов и тем	Всего на изучение дисциплины, часов	Заочная форма обучения
Кол-во аудиторн. часов	В т. ч. лабораторно-практ. занятий	Самостоятельное изучение, часов
		48	16	4	32
	Раздел 1. Технология металлов	34	11	4	23
1	Тема 1.1 Основы металловедения	2	1	0,5
2	Тема 1.2 Основы теории сплавов	2	1	0,5
3	Тема 1.3 Железоуглеродистые, легированные и цветные сплавы	12	6	2
4	Тема 1.4 Способы обработки металлов	6	3	1
	Раздел 2. Электротехнические материалы	2	1		1
5	Тема 2.1 Проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы	2	1
	Раздел 3. Экипировочные материалы	4	1		3
6	Тема 3.1 Виды топлива	2	0,5
7	Тема 3.2 Смазочные материалы	2	0,5
	Раздел 4. Полимерные материалы	4	2		2
8	Тема 4.1 Строение и основные свойства полимеров	4	2
	Раздел 5. Композиционные материалы	2	0,5		1,5
9	Тема 5.1 Виды композиционных материалов	2	0,5
	Раздел 6. Защитные материалы	2	0,5		1,5
10	Тема 6.1 Виды защитных материалов	2	0,5

3.Содержание дисциплины

Виды напряжений [1, с.68 – 69].

Механические свойства, определяемые при статических испытаниях: предел прочности (σв), предел текучести (σт и σ0,2), относитель­ное удлинение (δ) и сужение (ψ), твердость (по Бринеллю – НВ и по Роквеллу – HR) [1, с.87 – 92, 95 – 98] .

Механические свойства, определяемые при динамических испытани­ях (удельная работа разрушения - ударная вязкость (КС) [1, с.98 – 100].

Механические свойства материала при переменных (циклических) нагрузках (предел выносливости ( σ-1 ) [1,с. 101 – 104].

Изнашивание металлов[1,с.104 – 108].

Разрушение металлов [1,с.77 – 80].

Атомно-кристаллическая структура металлов. Основные типы крис­таллических решеток (ОЦК, ГЦК и ГПУ). Дефекты кристаллических реше­ток (точечные, линейные, поверхностные) [1, о.11– 15, 17 – 24].

Упругая и пластическая деформация металлов. Пластическая дефор­мация скольжением дислокаций. Изменение структуры и механических свойств поликристаллических металлических материалов при холодной пластической деформации. Наклеп [1, с.69 – 75] .

Влияние нагрева на структуру и механические свойства деформи­рованного (наклепанного) металла. Возврат (1-го и 2-го рода), ре­кристаллизация (первичная, собирательная). Холодная и горячая пластическая деформация [1, с.81 – 86].

Компоненты (Fe, С) и фазы (аустенит, феррит, цементит) железо­углеродистых сплавов. Диаграмма состояния железо-цементит. Стали. Влияние углерода и вредных примесей (S, Р) на свойства сталей. Чугуны (белые, серые, ковкие, высокопрочные с шаровидной формой гранита) [1,с.118 – 128, 131 – 134, 144 – 156].

Маркировка и характеристика углеродистых и легированных сталей. Подразделение сталей на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные; на мало-,средне - и высокоуглеродистые; на низко-, средне - и высоколегированные [1, с.256–258, 261–262, 281–283, 295] и [3, с.155–158].

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация). Полный отжиг доэвтектоидных и неполный отжиг заэвтектоидных сталей. Режимы и назначение [1,с.194–199].

Нормализация (нормализующий отжиг). Режимы и назначение [1,с. 199–200].

Закалка. Полная закалка доэвтектоидных и неполная закалка заэвтектоидних сталей. Режимы. Цели. Закаливаемость и прокаливаемость. Внутренние напряжения в закаленных сталях. Дефекты, возникающие при закалке. Способы закалки (при непрерывном охлаждении, прерывистая, ступенчатая и изотермическая) [1,с.200–215].

Отпуск закаленных сталей (низкотемпературный, среднетемпературный, высоко температурный). Режимы и назначение [1,с.215–217].

Поверхностные способы упрочнения деталей (закалка токами вы­сокой частоты (ТВЧ), цементация, азотирование). Термическая обработ­ка цементируемых и азотируемых деталей [1,с.220–225, 228–244].

Конструкционные строительные и машиностроительные стали [1,с.262–265,267–283 3, с.159–163].

Рессорно-пружинные стали общего назначения [1, с.285–288; 3, с. 159–163]

Шарикоподшипниковые стали [1, с.288–289; 3, с.166–167].

Корозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы [1, с. 291–298, 3, с. 167–172]

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы [1, с.292, 300–312| 3, с.135–141, 172–175, 205–210].

Титан и его сплавы [1, с.378–384; 2, с.191–197].

Алюминий и его сплавы [1, с.384–400; 3, с. 180–191 ].

Медь и его сплавы [1, с.406–417; 3, с. 197–205).

Порошковые материалы (порошковая металлургия) [1, с.428–431).

Неметаллические материалы: пластические массы (пластмассы), керамические материалы [1, с.449–473].

Композиционные материалы на металлической и неметаллической основах [1, с.422–429, 475–481; 3, с.251–296].

Стали и твердые сплавы для режущего инструмента. Стали для измерительного инструмента. Штамповые стали для деформирования ме­таллических материалов в холодном и горячем состояниях [1, с.349–366].

Общие принципы извлечения металлов из руд. Производство чугуна в доменных печах, основные физико-химические процессы в доменной печи. Продукты доменной плавки: передельные и литейные чугуны, до­менные ферросплавы. Технико-экономические показатели работы доменной печи.

Производство стали. Кислый и основной процессы выплавки стали, их влияние на её качество. Производство стали в кислородных, марте­новских и электродуговых печах. Современные способы разливки стали.

Строение слитков спокойных и полуспокойных и кипящих сталей. Спосо­бы повышения качества сталей; обработка синтетическими шлаками, вакумирование, электрошлаковый и вакуумно-дуговой переплав, плавка в электронно-лучевых и плазменно-дуговых печах. Продукты сталеплавильного производства.

Общие принципы производства цветных металлов и их сплавов. Про­изводство меди. Производство алюминия. Производство магния. Производ­ство титана. Производство сплавов меди, алюминия, магния и титана. Деформируемые и литейные сплавы [3, с.20–45].

Производство заготовок деталей обработкой давлением. Деформа­ция упругая и пластическая. Горячая и холодная обработка металлов давлением. Классификация способов обработки металлов давлением. Про­катка: оборудование и инструмент. Продукты прокатного производства. Холодная листовая штамповка. Объемная штамповка. Ковка. Волочение. Прессование. Технико-экономические показатели и критерии выбора рациональных способов обработки металлов давлением [3, с.50–106].

Производство заготовок деталей методом литья. Сущность процесса получения заготовок литьем. Литейные сплавы. Литейные свойства спла­вов. Понятия: отливка, модель; стержень, литниковая система, форма. Получение отливок в разовых песчаных формах. Специальные способы литья: литье по выплавляемым моделям, в кокиль (металлические формы), под давлением, электрошлаковое литье. Выбор рационального способа изготовления отливок. Технологичность конструкций литых деталей [3, с.105–145, 160–166].

Производство заготовок деталей, узлов машин и строительных конструкций сваркой. Физические основы получения сварного соединения. Свариваемость материалов. Сварка плавлением. Электродуговая сварка. Электрические и тепловые свойства дуги. Ручная электродуговая сварка. Автоматическая сварка под слоем флюса. Газовая сварка и резка. Плазменная сварка и резка, электрошлаковая сварка, лазерная сварка. Сварка давлением. Электроконтактная сварка: стыковая, точечная, шовная. Пайка металлов и сплавов. Нанесение износостойких и жаропроч­ных покрытий [3, с. 167–234 ].

Лезвийная обработка. Физико-механические основы обработки резанием. Режущий инструмент, его геометрические параметры.

Обработка заготовок на металлорежущих станках: токарно-винторезных, сверлильных, фрезерных. Оборудование и инструмент.

Абразивная обработка. Обработка и инструмент [3,с.235–393].

Отделочная обработка поверхностей

Обработка поверхностей со снятием стружки: тонкое точение, шлифование, полирование, притирка, хонингование.

Обработка поверхностей без снятия стружки пластическим деформированием [3,с.360–379].

Композиционные материалы и их свойства. Получение изделий из металлических композиционных материалов. Получение деталей из порошковых и полимерных композиционных материалов. Особенности механической обработки заготовок из композиционных материалов [3,с.393–427].

Электрофизические и электрохимические методы обработки.

Общая характеристика электрофизических и электрохимических ме­тодов обработки. Электроэрозионные способы обработки. Электрохими­ческие методы обработки [3, с.380–385].

Топливо – виды, свойства, способы получения, применение.

Смазочные материалы – виды, свойства, назначение.

Защитные материалы – виды, свойства, назначение.

4.Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа с книгой.

Прежде всего ознакомьтесь с введением, бегло просмотрите учебник (учебное пособие), чтобы составить в нем первое впечатление. Затем приступайте к вдумчивой, детальней, последовательной проработке каждого раздела.

Читать следует в строгой последовательности, указанной в рабо­чей программе. Прочитанный материал рекомендуем воспроизводить по памяти. Не следует смущаться, если не все становится понятным сразу. Читайте повторно. Читая, старайтесь не только запоминать содержание изучаемого материала, но и составлять краткий конспект, в который вносите основные положения изучаемого раздела, сопровождая их при необходимости графическими иллюстрациями. На полях конспекта отмечай­те вопросы, по которым хотели бы получить консультации у преподавате­ля. Не следует переходить к работе над последующими разделами, не изучив предыдущие разделы. Старайтесь постоянно перечитывать конспект. Помните, личный опыт вырабатывает навыки и умение работать с учебником.

После изучения всех разделов программы можно приступать к вы­полнению контрольной работы.

Контрольная работа состоит из 10 вариантов, каждый из которых содержит четыре задания. Студент выполняет тот вариант контрольной работы (далее – работа), номер которого соответствует последней цифре номера его зачетной книжки.

Титульный лист работы оформляется в соответствии с установленными требованиями. После титульного листа идет страница с перечислением вопросов задания (или ксерокопия задания из настоящих методических указаний).

Текстовую часть работы обязательно выполнять в компьютерном варианте. Рисунки, таблицы, графики, эскизы, формулы выполняются либо с применением соответствующих программных ресурсов, либо в виде копий с последующей вклейкой в текстовую часть, либо оформляются графически с применением соответствующих чертежных приспособлений. Работа выполняется на листах формата А4.

Очередность выполнения заданий - в порядке их следования в заданном варианте. При оформлении работы обязательна ссылка на используемую литературу или образовательные ресурсы Интернета. В конце работы приведите список использованной литературы. При использовании образовательных ресурсов Интернета в списке литературы укажите соответствующие образовательные сайты, с которых взята использованная в работе информация.

Выполненная работа высылается (передается) на рецензирование. Работа, содержащая неправильные ответы, ответы не на все вопросы варианта или не своего варианта, не засчитывается. Незасчитанная работа выполняется заново. В работе с замечаниями рецензента исправления (письменные ответы) представлять на новых чистых листах в конце работы (вносить исправления в первоначальный текст работы не допускается). Исправленная работа повторно направляется на рецензирование. Зачтенная работа не возвращается студенту и выдается на экзамене для подготовки к его сдаче.

Перед тем, как приступить к выполнению контрольной работы, необходимо ознакомиться с Содержанием дисциплины.

5.Задания для контрольной работы

Вариант 1

I. Механические свойства металлических материалов, определяемые при статических и динамических испытаниях.

2.Композиционные материалы. Классификация. Понятие матрицы и наполнителя. Строение и свойства.

3.Чугун. Производство чугуна в доменных печах. Исходные мате­риалы. Основные физико-химические процессы доменной плавки.

4.Эксплуатационные свойства металлов и сплавов. Износостойкость, жаропрочность, жаростойкость. Нанесение износостойких и жаропрочных покрытий на поверхность детали.

Вариант 2

1.Дефекты кристаллических решеток (точечные, линейные, поверх­ностные) и их влияние на прочностные свойства металла.

2.Понятие закаливаемости и прокаливаемости стали. Какое практическое значение они имеют? Факторы, влияющие на закаливаемость и прокаливаемость стали.

3.Общее устройство доменной печи. Условия, необходимые для получения чугуна из руды. Продукты доменной плавки.

4.Защитные материалы: назначение, виды, свойства. Способы нанесения. Применение на ПС ЖД.

Вариант 3

1.Пластическая деформация. Дислокационный механизм (схема) пластической деформации. Изменение микроструктуры и механических свойств металлов в результате холодной пластической деформации. Наклеп.

2.Азотирование. Термическая обработка азотируемых деталей. Режимы. Цель.

3.Сталь. Классификация стали: по технологическому исполнению, качеству, назначению. Основные способы выплавки стали. Кислый и основной процессы.

4.Химикотермическая обработка стали – цементация. Термическая обработка цементированных деталей. Режимы. Цель цементации. Стали для це­ментации.

Вариант 4

1.Влияние нагрева на микростроение и механические свойства деформированного (наклепанного) металла. Возврат. Рекристаллизация.

2.Инструментальные стали и сплавы для режущих инструментов. Термическая обработка инструментов.

3.Производство стали в кислородных конвертерах, мартеновских и электродуговых печах. Раскисление стали.

4. Виды топлива, его свойства и применение на ПС ЖД.

Вариант 5

1.Механические свойства материалов при переменных (цикли­ческих) нагрузках. Предел выносливости. Изнашивание материалов.

2.Медь и её сплавы. Маркировка. Термическая обработка.

3.Заливка стали. Продукты сталеплавильного производства. Строение слитков кипящей, полуспокойной и спокойной стали. Влия­ние раскисления металла на формирование структуры стального слитка.

4.Материалы на основе полимеров. Применение полимерных материалов на ПС ЖД.

Вариант 6

1.Диаграмма состояния железо–цементит. Структура сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры.

2.Закалка. Режимы. Щель. Способы закалки.

3.Общие принципы извлечения металлов из руд. Получение меди, титана, алюминия.

4.Алюминий и его сплавы. Маркировка. Термическая обработка.

Вариант 7

1.Стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, их характеристика и маркировка.

2.Быстрорежущие стали и их термическая обработка.

3. общая характеристика способов получения заготовок де­талей машин из металлических и неметаллических конструкционных ма­териалов.

4. Смазочные материалы: виды, назначение, свойства, применение на ПС ЖД.

Вариант 8

1.Отжиг и нормализация. Режимы. Цель этих термических обра­боток.

2.Пластическая деформация. Дислокационный механизм (схема) пластической деформации. Источник Франка-Рида.

3.Сущность процесса обработки металлов давлением. Деформация. Упругая и пластическая деформации. Горячая и холодная обработка. Виды обработки металлов давлением, их общая характеристика.

4.Инструментальные материалы. Углеродистые и легированные инструментальные стали. Твердые сплавы.

Вариант 9

1.Закалка. Полная и неполная закалка доэвтектоидных сталей. Режимы. Цель этого вида термической обработки.

2.Холодная и горячая пластическая деформация. Процессы, про­текающие при этих видах деформации. Различие в микроструктуре и свойствах.

3.Прокатка, характеристика процесса. Оборудование, инструмент, продукты прокатного производства.

4.Титан и его сплавы. Маркировка. Термическая обработка.

Вариант 10

1.Закалка. Полная и неполная закалка заэвтектоидннх сталей. Режимы. Цель этого вида термической обработки.

2.Деформационное упрочнение металлов.

3.Изменение структуры и свойств сплавов при обработке метал­лов давлением. Температурный интервал горячей обработки. Рекристал­лизация деформированного металла.

4.Композиционные материалы, их характеристика. Получение деталей из полимерных композиционных материалов.

Вопросы к экзамену по материаловедению.

1.  Общая классификация и характеристика свойств конструкционных материалов.

2.  Особенности кристаллического строения металлов и их свойства.

3.  Дефекты кристаллических решеток. Их влияние на свойства металлов.

4.  Кристаллизация металлов.

5.  Свойства металлов и сплавав. Их классификация.

6.  Деформация металлов. Упругая и пластическая деформация.

7.  Разрушение твердого тела. Хрупкое и вязкое разрушение.

8.  Строение металлических сплавов.

9.  Диаграммы состояния металлических сплавов, их типы.

10.  Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом.

11.  Полиморфные модификации железа.

12.  .Диаграмма состояния железо-цементит.

13.  .Эвтектические и эвтектоидные превращения.

14.  Кривые охлаждения сплавах железа с углеродом.

15.  Диаграмма состояния железо—графит.

16.  .Механические свойства углеродистых сталей.

17.  Классификация конструкционных сталей.

18.  Стали углеродистые обыкновенного качества. Их маркировка.

19.  Стали углеродистые качественные. Их маркировка.

20.  Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.

21.  Микроструктура сталей с различным содержанием углерода.

22.  Чугуны. Их структура, механические и литейные свойства.

23.  Виды чугунов и способы их получения. Графитизация чугунов.

24.  Серые чугуны, их состав, свойства, микроструктура. Маркировка и область применения.

25.  Высокопрочные чугуны, их состав, свойства, микроструктура. Маркировка и область применения.

26.  Чугуны с вермикулярным графитом, их состав, свойства, микроструктура. Маркировка и область применения.

27.  Структуры металлической основы чугунов.

28.  Виды термической обработки.

29.  Термическая обработка сталей.

30.  Превращения аустенита в сталях при различных степенях переохлаждения.

31.  Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита.

32.  Отжиг и нормализация сталей.

33.  Закалка сталей.

34.  Отпуск закаленных сталей.

35.  Легированные стали. Влияние легирующих элементов.

36.  Маркировка легированных сталей.

37.  Свойства легированных сталей различных марок.

38.  Инструментальные стали. Их маркировка.

39.  Цветные металлы и сплавы на и их основе. Маркировка.

40.  Сплавы на основе титана. Их свойства и маркировка.

41.  Сплавы на основе алюминия. Их свойства и маркировка.

42.  Сплавы на основе меди. Их свойства и маркировка.

43.  Литейное производство.

44.  Обработка металлов давлением.

45.  Сварочное производство. Электрическая сварка.

46.  Сварка. Материалы, оборудование, режимы сварки.

47.  Металлургическое производство.

48.  Топливо – виды, свойства, способы получения, применение на ПС ЖД.

49.  Смазочные материалы – виды, свойства, способы получения, применение на ПС ЖД.

50.  Защитные материалы – виды, свойства, применение на ПС ЖД.

5. Список рекомендуемой литературы

Основная

1.Лахтин, : учебник для вузов / , . - 3-е изд. - М.: Машиностроение, 19с.

2., Леонтьева : учебник для ма­шиностр. вузов / , . – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

3.Технология конструкционных материалов: учеб. для вузов / под ред. . – 5-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

Дополнительная

4.Материаловедение: учебник для вузов / , , [и др.]; под общ. ред. , . – 5-е изд., стер. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2003. – 648 с.

5. Лахтин . – М.: Машиностроение, 1993. – 448 с.

6. Материаловедение и технология металлов / под ред. . – М.: Металлургия, 2003. – 502 с.

Рецензия

на методические указания по выполнению контрольных работ

для студентов заочного отделения

по специальности «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ФГОС СПО к минимуму содержания и уровню подготовки студентов по специальности 190623 «Техническая эксплуатация ПС ЖД»

Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине «Техническая механика» содержат:

- пояснительную записку;

- тематический план изучения дисциплины;

- содержание дисциплины;

- указания к изучению дисциплины;

- требования по оформлению контрольной работы;

- задания для контрольных работ с рекомендациями по их выполнению;

- вопросы к экзамену;

- список рекомендуемой литературы.

Заключение.

Данные методические указания рекомендованы для использования на заочном отделении при выполнении контрольных работ по специальности 190623 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

Рецензент: заместитель директора по УПР