МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ |
УТВЕРЖДАЮ |
Руководитель Департамента |
образовательных программ и стандартов |
_________________________ |
"__06_" _____марта___ 2002 г. |
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ |
ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ СПЛАВОВ И КОМПОЗИТОВ |
|
Рекомендовано Минобразованием России для направления подготовки |
дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение |
Специальность 070900 физика металлов |
Москва 2002 г. |
1. Цель дисциплины | |
Научить анализу связей между структурой, процессами деформации и разрушения и механическими свойствами металлов и сплавов для установления норм и выбора средств управления свойствами. Обучить практическому определению механических свойств, анализу условий работы конструкций и деталей, выбору методов и схем испытаний. Сформировать знания о процессах упрочнения, разупрочнения и разрушения в зависимости от структурного класса материалов. Научить прогнозировать поведение металлических материалов под нагрузкой на основе физических моделей. | |
| |
2. Практические умения и навыки | |
Выполнять все механические испытания, нормированные ГОСТом, включая контроль испытательных машин, полную обработку диаграмм деформации и статистический анализ массовых испытаний. Выбирать из числа существующих нестандартных методов комплекс испытаний наиболее близкий к условиям работы сплава и конструкции. Измерять твердость по Бринеллю, Рокквеллу, Виккерсу и микротвердость, делать испытания на растяжение с полным анализом диаграммы деформации, на ударную вязкость при низких температурах, испытания на усталость и ползучесть со статистическим прогнозированием долговечности .Распознавать главные факторы и особенности процесса разрушения по виду излома. Делать оценки механических свойств материалов для заданных условий деформации. Уметь выбрать необходимые методы наблюдения и измерения анализируемых процессов деформации, оценивать надёжность экспериментальных констант. | |
3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час) | |
Табл.1 | |
| |
4. Содержание учебной дисциплины | |
| |
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий | |
Табл. 2. | |
| |
4.2. Содержание лекционного курса | |
Раздел 1. Упругая и пластическая деформация | |
1.1. Основные понятия и определения. Напряженное состояние. Нормальные и касательные напряжения. Условные и истинные напряжения. Тензор напряжений. Эквивалентные напряженные состояния. | |
1.2. Деформированное состояние. Упругая и пластическая деформация. Условные и истинные деформации. Обобщенный закон Гука. Упругие константы, их взаимосвязь и способы определения. Изотермические и адиабатические модули упругости. | |
1.3. Неупругость. Эффект Баушингера. Упругое последействие. Внутреннее трение. Релаксационное и амплитуднозависимое внутреннее трение. Сверхупругость. | |
1.4. Пластическая деформация скольжением моно - и поликристаллов. Критическое напряжение скольжения. | |
Раздел 2. Техника механических испытаний | |
2.1. Классификация механических испытаний. Испытания при статическом растяжении. Первичные и истинные диаграммы деформации. Основные характеристики прочности и пластичности при растяжении. Работа пластической деформации. | |
2.2. Типы разрывных машин. Их основные характеристики. Методы измерения силы и деформации. Тензометры. Основные типы датчиков. | |
2.3. Поверка испытательных машин и стандартизация испытаний. Методика испытаний на растяжение. Автоматизированные испытательные комплексы: цели и эффективность автоматизации. | |
2.4. Испытания на сжатие. Схемы и образцы. Особенности диаграмм сжатия. Испытания на изгиб. Схемы испытания, диаграммы изгиба. Испытания на кручение, схемы и образцы. Напряженное состояние. Характеристики прочности и пластичности при испытаниях на сжатие, изгиб и кручение. | |
2.5. Твердость металла. Физический смысл твердости. Напряженное состояние под индентором. Определение твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу. Микротвердость подготовка образцов, требования к приборам и методы их поверки. Диаграммы непрерывного вдавливания. Динамические методы измерения твердости. | |
Раздел 3. Разрушение | |
3.1. Классификации видов разрушения. Хрупкое разрушение. Теория Гриффитса. Критическая интенсивность напряжений; напряжения и деформации в окрестности трещины. Зарождение хрупкого разрушения, механизм зарождения трещин. Распространение трещин при хрупком разрушении. | |
3.2. Вязкое разрушение. Типы вязкого разрушения. Зарождение и распространение вязких трещин. Макро - и микростроение изломов, их происхождение. Качественные и количественные методы анализа элементов строения изломов и их использование для изучения процессов разрушения. | |
3.3. Замедленное разрушение. Радиационная хрупкость. | |
Раздел 4. Испытания образцов с концентраторами напряжения и трещинами | |
4.1. Неоднородность распределения напряжений в материале при наличии в нем концентраторов напряжений. Испытания на растяжение и изгиб образцов с надрезом. Оценка сопротивления материала разрушению на основе ЛУМР. Вязкость разрушения и ее критерии (силовой, энергетический и деформационный). | |
4.2. Испытания на вязкость разрушения. Схемы испытаний, образцы, диаграммы. К1c - критерий. | |
4.3. Динамические испытания. Схемы и образцы. Методика определения ударной вязкости. Оценка склонности к хрупкому разрушению и хладноломкости по результатам ударных испытаний. | |
Раздел 5. Жаропрочность | |
5.1. Ползучесть и релаксация напряжений. Диаграммы низкотомпературной и высокотемпературной ползучести. Дислокационная структура и механизмы деформации ползучести. Сверхпластичность. Длительная прочность. Зарождение трещин и разрушение. Изменения структуры при длительных испытаниях. Особенности ползучести при температурах фазовых превращений. | |
5.2. Испытания на ползучесть и длительную прочность. Испытательные машины и методы измерения температуры и деформации. Возможности экстраполяции диаграмм ползучести и длительной прочности во времени. Ползучесть и длительная прочность при нестационарных тепловых режимах. | |
Раздел 6. Усталость и износ | |
6.1. Явление усталости. Пластическая деформация при циклическом нагружении. Зарождение и развитие усталостных трещин. Темп роста трещины. Вид излома. Испытания на выносливость. Циклы напряжений. Кривые усталости. Определение предела выносливости. Прогнозирование долговечности. | |
6.2. Износ. Абразивное изнашивание, контактная усталость, схватывание, тепловой и окислительный износ, кавитация, эрозионное изнашивание. Испытания на износ. Способы оценки изнашивания при эксплуатации. | |
Раздел 7. Качество материала и надежность конструкции | |
7.1. Испытания макронеоднородных материалов. Методы неразрушающего контроля качества изделий. Области их применения, разрешение и типы выявляемых дефектов. | |
Раздел 8. Пластическая деформация монокристаллов и поликристаллов | |
8.1. Неупругость и микропластичность. Обратимое движение дислокаций. Эффекты внешней поверхности при деформации и разрушении. | |
8.2. Процессы и структуры деформационного упрочнения монокристаллов. ГЦК металлы. Легкое скольжение. Крутое упрочнение. Ячеистая структура. Модуль упрочнения. Симметричные ориентировки. Динамический возврат. Эффект Баушингера. Отличия ОЦК металлов. Гексагональные металлы. | |
8.3. Неустойчивость и локализация течения. Теплота деформации. Шейка. Геометрическая неустойчивость монокристаллов. Полосы сдвига. Большие деформации. Появление границ зерна. | |
8.4. Двойникование как способ пластической деформации: системы, напряжения, механизмы, аккомодация. Полисинтетические двойники. Сдвиговое полиморфное превращение. Мартенсит напряжения и деформации. Сверхупругость и память формы. | |
8.5. Границы зерна и упрочнение. Проникновение дислокаций через границу. Закон Петча-Холла. Размер зерна и диаграмма деформации. Нанокристаллы. | |
8.6. Диаграмма деформации поликристаллов. Аппроксимации. Течение у поверхности. Полосы сдвига. Текстура деформации. Типы текстур. Анизотропия упругости и пластичности. | |
Раздел 9. Температура и время как факторы пластической деформации | |
9.1. Термическая активация скольжения. Скоростные аномалии течения. Зубчатые диаграммы деформации. Ударная волна. Пластическая волна. Адиабатный срез. | |
9.2. Изменение диаграмм деформации с температурой. | |
9.3. Структуры и механизмы горячей деформации. Рекристаллизация. | |
9.4. Сверхпластичность. Контролирующие механизмы, условия реализации, области существования. | |
9.5. Механизмы и закономерности ползучести. Карты механизмов ползучести. | |
Раздел 10. Упрочнение твердых растворов | |
10.1. Растворы замещения. Концентрационное упрочнение. Разбавленные и концентрированные растворы. Упрочнение сегрегациями. Зуб текучести. Динамическое деформационное старение. | |
10.2. Деформация упорядоченных структур. Домены порядка. Ближний порядок. Тёплая деформация. | |
10.3. Растворы внедрения. Взаимодействие примеси с дислокацией. Концентрационное упрочнение. Сегрегации Коттрелла, атмосферы Снука: области существования явлений и величины эффектов. | |
10.4. Растворы водорода. Измерения. Взаимодействия с примесью. Поры. Упрочнение водородом. Водородная сверхпластичность. | |
10.5. Радиационное упрочнение и разупрочнение. Каскад столкновений. Аннигиляция дефектов. Радиационное упрочнение. "Радиационное смягчение". Имплантация. Радиационная ползучесть. Инертные газы и поры. Распухание. Блистеры. | |
Раздел 11. Деформация соединений | |
11.1. Сверхструктуры в соединениях металлов. Точка Курнакова. Степень порядка. Доменная структура. Энергия АФГ. Концентрационное разупорядочение. | |
11.2. Деформация интерметаллидов: сверхдислокации, поперечное скольжение, дефекты упаковки, линии скольжения, трубки АФГ, двойникование, мартенсит. Диаграммы деформации и разрушение. | |
11.3. Деформация соединений металл - металлоид. Силы Пайерлса; "ионный" тип систем скольжения и его следствия. Деформация ковалентных структур: алмаз, нитрид бора. | |
11.4. Гидриды. Соединения Ме-Н. Тройные системы. Сверхструктуры. Гидриды под напряжением. Сдвиговые превращения. Водороднофазовый наклёп. Деформация гидридов. | |
11.5. Аморфные сплавы и квазикристаллы. Получение. Строение. Упругость. Вязкое течение. Упрочнение. Твердость. Большие деформации. Квазикристаллы. | |
Раздел 12. Деформация и разрушение двухфазных систем | |
12.1. Структуры распада твердых растворов: кластеры, зоны Гинье-Престона, частицы. Порядок смены фаз с температурой и временем. Рост частиц и их устойчивость. Приграничные зоны. | |
12.2. Морфологические типы двухфазных сплавов. Упрочнение модулированных структур. Строение поверхности раздела фаз. Эпитаксиальные дислокации. | |
12.3. Структуры с перерезаемыми и неперерезаемыми частицами - различия взаимодействий частиц с дислокациями и диаграмм деформации. Нанокомпозиты. | |
12.4. Зерна двух фаз. Типы структур. Предел текучести. Величина зерна. Большие деформации и разрушение. | |
12.5.Упрочнение пластинчатых структур. Перлит. Течение двухфазных зеренных структур; большие деформации; механическое легирование. | |
12.6. Упрочнение волокнами. Факторы эффективности волокнистых композитов в сравнении со сплавами. Критическая длина волокна. Модуль упругости и диаграмма деформации. Механизмы разрушения и вязкость разрушения композиций. Оптимальные сочетания свойств и размеров компонентов. | |
12.7. Пористые структуры. Происхождение. Упругость. Диаграмма деформации. Торможение дислокаций и границ. Деформация пор и спекание. Раскрытие пор при растяжении. Слияние пор. | |
5. Примерный перечень лабораторных работ | |
| |
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины | |
6.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная) | |
а) основная литература | |
1.а. , Займовский свойства металлов. М., Металлургия,1979, 496 с. | |
2.а. , , Штремель свойства металлов. Лабораторный практикум. М., МИСиС. 1980. Часть 1, 144 с. Часть 2, 92 с. | |
3.а. Штремель сплавов. Ч.2. Деформация. М., МИСиС, 1997, 527 с. | |
б) дополнительная литература | |
1.б. Золоторевский свойства металлов. М., МИСиС. 1998. 400 с. | |
2.б. Штремель сплавов. Ч.1. Дефекты решетки. М., МИСиС, 1999, 384 с. | |
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины | |
Применение специальных средств обеспечения освоения дисциплины по курсу не предусмотрено. | |
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины | |
Специализированные лаборатории механических свойств с испытательными машинами, наглядными пособиями и коллекциями | |
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО по направлению подготовки дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение | |
Программа составлена на основе рабочей программы МИСиС (ТУ) по данной дисциплине. | |
Программа одобрена на заседании Совета УМО по образованию в области металлургии от 29 января 2002 г., протокол №40 | |
Зам. председателя Совета УМО | |
