Программа учебной дисциплины «Высокопрочные материалы» (стр. 1 )

Программа учебной дисциплины «Высокопрочные материалы»

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано		Утверждаю
Руководитель ООП по специальности 150100 декан МФ проф.		Зав. кафедрой МиХТО проф.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Высокопрочные материалы»

(наименование по рабочему учебному плану)

Направление подготовки: 150100 Материаловедение и технологии материалов

Профиль подготовки: Материаловедение и технологии новых материалов

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Составитель: доцент

Санкт-Петербург

2012

Составитель: доцент

Научный редактор:

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

1.1. Цели изучения дисциплины

Дисциплина «Высокопрочные материалы» включает в себя разделы: высокопрочные стали и сплавы, углеродные волокнистые материалы, волокна из ориентированных полимеров и композиционные материалы на их основе.

Основное внимание в курсе уделено легированию, которое обеспечивает заданный уровень свойств сталей после соответствующей термической обработки. Термическая обработка формирует свойства и включает в себя три основные операции: отжиг, закалку, отпуск.

Рассмотрены структура и свойства прекурсоров; основные процессы, сопровождающие получение углеродных волокон и обеспечивающие их высокие механические показатели; особенности структуры и свойств ориентированных ароматических полиамидов, а также композиционных материалов на их основе.

Целью изучения дисциплины является изучение структуры и свойств высокопрочных материалов, их использование в изделиях различного назначения.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Задачи изучения дисциплины – усвоение основных требований к материалам, используемым в деталях и конструкциях, работающих под действием высоких механических воздействий, технологиям их производства.

В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине, которые обеспечивают в будущем их квалифицированное участие в деятельности инженера по выбранной специальности.

1.3. Место дисциплины в учебном процессе

Теоретической и практической основами дисциплины являются курсы «Физика», «Органическая химия», «Неорганическая химия», «Материаловедение», «Теория строения материалов», «Коррозия и коррозионно-стойкие покрытия», «Методы исследования материалов и процессов», «Механические и физические свойства материалов», «Теория и технология термической и химико-термической обработки», «Машиностроительные материалы», «Методы структурного анализа материалов и контроля качества деталей».

2. Квалификационные требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

Иметь представление:

- о связи химического состава и структурных особенностей с эксплуатационными характеристиками высокопрочных материалов;

- об областях применения высокопрочных материалов.

Знать:

-  природу высокой прочности, упругости и твердости сталей, сплавов, углеродных и арамидных волокон;

-  физико-химические процессы, протекающие под действием высоких растягивающих напряжений на материалы различного химического строения, с разной надатомной и надмолекулярной структурой;

-  рациональные соотношения свойств материалов для деталей и конструкций различного назначения;

-  химический состав, технологию изготовления и термической обработки высокопрочных материалов;

-  основные физические и химические процессы, сопровождающие разрушение материалов в процессе эксплуатации.

Уметь:

-  определять структуру и свойства высокопрочных материалов различного строения.

Владеть:

-  методиками оценки физико-механических свойств высокопрочных материалов;

-  навыками использования материалов в деталях и конструкциях различного назначения;

-  технологией получения высокопрочных материалов.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Информация об объеме дисциплины и виды учебной работы представлены в таблицах:

Таблица 1- сводные данные об объеме дисциплины и видах учебной работы;

Таблица 2 - тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения;

Таблица 3 - тематический план дисциплины для студентов очно-заочной (вечерней) формы обучения;

Таблица 1

Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов
Форма обучения
Очная	Очно-заочная	Заочная
Общая трудоемкость дисциплины	130
Работа под руководством преподавателя (включая ДОТ)	78	78	78
В т. ч. аудиторные занятия: лекции практические занятия (ПЗ) лабораторные работы (ЛР) семинары (С) Другие виды аудиторных занятий	26 12 18 - -	20 - 12 - -	8 - 8 - -
Самостоятельная работа студента	52	52	52
Промежуточный контроль, количество	1	1	1
Контрольные работы	-	2	2
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Экзамен, зачет

Перечень видов практических занятий и контроля

·  Контрольные работы: – 2 к/р.;

·  Лабораторные работы;

·  Тесты текущие, контрольные (по разделам дисциплины);

·  Зачет, экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Обязательный минимум содержания дисциплины

Классификация высокопрочных материалов: стали, сплавы, углеродные волокна, ориентированные полимеры, композиционные материалы на их основе. Свойства, структурные особенности, основные области применения. Структура и фазовый состав на разных этапах обработки (мартенсит, бейнит, феррито-цементитная смесь). Фазовый и деформационный наклеп. Дисперсионное упрочнение. Обработка на сверхмелкое зерно. Стабилизация аустенита прямого и обратного превращений. Влияние углерода и легирующих элементов на структуру и свойства. Прокаливаемость. Взаимосвязь прочностных и пластических свойств. Термическая обработка. Сварка.

Кривая усталости (выносливости). Повреждения при усталости. Макростроение излома. Взаимосвязь прочности и усталости. Влияние поверхности на усталость. Способы ее повышения. Гипотезы о природе замедленного разрушения и водородного охрупчивания. Влияние температуры и скорости нагружения. Эффект Ребиндера. Макростроение излома. Характер разрушения. Влияние легирования и термической обработки.

Способы снижения чувствительности к коррозионному растрескиванию. Легирование. Механизм упрочнения. Влияние времени и температуры на эффект упрочнения. Механические свойства. Легирование. Прямое (γ→α) и обратное (α→γ) превращения. Структура и свойства. Технология изготовления деталей. Достоинства и недостатки мартенситно-стареющих сталей. Легирование. Структурная диаграмма Шеффлера. Регулирование соотношения аустенита и мартенсита.

Соотношение прочности и пластичности. Способы стабилизации и дестабилизации аустенита. Легирование стабильных и метастабильных аустенитных сталей. Парамагнитный ε-мартенсит и ферромагнитный α-мартенсит. Упрочнение деформационным и фазовым наклепом, дисперсионным твердением. ПНП-стали. Эффект «блуждающей шейки».

Структурные формы углерода. Получение углеродных волокнистых материалов; прекурсоры: волокнистые материалы на основе гидратцеллюлозы, полиакрилонитрила, нефтяных пеков. Процессы пиролиза, термического окисления, карбонизации, графитизации. Влияние конечной температуры термообработки и вытяжки на прочностные и упругие характеристики углеродных волокон. Углеродные нанотрубки и нановолокна.

Волокна на основе неорганических материалов.

Свойства, структурные особенности и области применения углеродных волокнистых материалов. Основные классы волокнообразующих полимеров для высокопрочных высокомодульных волокон. Полиэтиленовые волокна. Растворение сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Формование, структура и свойства высокопрочных полиэтиленовых волокон. Арамидные волокна. Получение волокон из ароматических полиамидов. Растворы ароматических полиамидов. Формования волокон из анизотропных и изотропных растворов. Термообработка волокон из ароматических полиамидов. Особенности надмолекулярной структуры ориентированных полимеров. Структура и свойства арамидных волокон.

Теоретические основы применения высокопрочных волокнистых материалов в композитах. Требования к свойствам армирующего наполнителя и матрицы. Технология получения композитов. Свойства и применение композиционных материалов. Перспективы развития высокопрочных материалов.

4.2. Тематические планы дисциплин

Таблица 2

Тематический план дисциплины для студентов

заочной формы обучения (специальность 150501.65)

№ раздела	Название раздела, темы	Кол-во часов по дневной форме	Виды занятий и контроля
Лекции	ПЗ	ЛР	Самостоят. работа	Тесты	ПЗ (С)	ЛР	Контрольные работы
Аудит.	ДОТ	Аудит.	ДОТ	Аудит.	ДОТ
Всего	130	8	54			8	8	52
	Введение	2		2
1.	Раздел 1. Высокопрочные стали	116	6	48			8	8	46
1.1	Тема 1.1. Физические основы упрочнения сталей	12	2	4					6	№ 1			№ 1
1.2	Тема 1.2. Низкоотпущенные стали	14		2			4	4	4	№ 2		№ 1
1.3	Тема 1.3. Усталостное разрушение	14		8					6	№ 3
1.4	Тема 1.4. Замедленное разрушение	8	2	2					4	№ 4
1.5	Тема 1.5. Коррозионное растрескивание	12		6					6	№ 5
1.6	Тема 1.6. Дисперсионно-твердеющие теплостойкие стали	16	2	8					6	№ 6
1.7	Тема 1.7. Мартенситно-стареющие стали	18		6			4	4	4	№ 7		№ 2	№ 2
1.8	Тема 1.8. Коррозионно-стойкие мартенситно-аустенитные стали	10		4					6	№ 8
1.9	Тема 1.9. Аустенитные немагнитные (маломагнитные) стали	12		8					4	№ 9
2.	Раздел 2. Высокопрочные углеродные и полимерные материалы. Композиционные материалы	12	2	4					6
2.1	Тема 2.1. Углеродные и неорганические волокна	4		2					2	№ 10
2.2	Тема 2.2. Ориентированные полимерные материалы	4	2	2						№ 11
2.3.	Тема 2.3. Композициионные материалы. Заключение	4							4	№ 12

Таблица 3