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 261400

декан МФ

проф.

Зав. кафедрой МиТХИ

проф.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория строения материалов»

(наименование по рабочему учебному плану)

Направление подготовки: 150100 - Материаловедение и технология материалов

Профиль подготовки: Материаловедение и технология новых материалов

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Составитель: старший преподаватель

Санкт-Петербург

2012

Составитель: старший преподаватель

Научный редактор:

1. Цель и задачи дисциплины.

Цель преподавания дисциплины — дать студентам соответствующие зна­ния, касающиеся кристаллических и аморфных материалов, их структуры и свойств, знания основ кристаллохимии и кристаллофизики. Знания являются необходимыми при теоретичес­кой и практической подго­тов­ке будущих специалистов в области технологии художественной обработки материалов, которая является необходимой для оптимального выбора материалов и технологий их обработки для производства художественных изделий различного назначения.

Задачей изучения дисциплины «Теория строения материалов» является овладение знаниями:

    закономерностей, связывающих химический состав, структуру (строение) и свойства материалов; закономерностей изменения свойств материалов в процессе изготовления и эксплуатации изделий; методов целенаправленного изменения механических и эстетических свойств материалов; строения, свойств и областей применения основных видов промышленных кристаллических и поликристаллических материалов, используемых в производстве изделий.

2. Место дисциплины в структуре ООП.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Дисциплина «Теория строения материалов» входит в математический и естественнонаучный цикл дисциплин.

Изучается студентами на 2 курсе в 3семестре.

Дисциплина является составной частью «Материаловедения» - науки изучающей связь и закономерности изменения свойств под влиянием внешних воздействий, возникающих в процессе производства и эксплуатации изделий из этих материалов. Курс лекций посвящен углубленному изучению структуры идеальных кристаллов и дефектов кристаллического строения, их классификации, элементов теории пластичности.

Соответственно курс лекций «Теория строения материалов» основывается на знаниях, полученных в следующих предшествующих дисциплинах:

«Химия»: атомная структура химических элементов, типы связей, структурные химические формулы, электронные облака;

«Физика»: физические характеристики вещества (прочность, эластичность, электропроводность, электропроводность);

«Информатика»: простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет, умение использовать прикладное программное обеспечение, в частности: пакеты универсальных математических программ, текстовый процессор и редактор формул (для оформления отчетов).

Минимальным требованием к «входным» знаниям, необходимым для успешного усвоения данной дисциплины является:

удовлетворительное усвоение программ по указанных выше разделам, владение персональным компьютером на уровне уверенного пользователя.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-4, ОК-5, ОК-6, ОК-11, ОНК-5, ОНК-8, ИК-1, ПК-3, ПК-7, ПК-12.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

·  основные тенденции и направления развития современного теоретического и прикладного материаловедения;

·  основы теории пластичности;

·  основные типы, классы и группы материалов, их составы, структурные характеристики и свойства;

·  элементы симметрии кристаллических веществ;

·  классификацию дефектов кристаллического строения и их влияния на свойства.

Уметь:

·  определять вид материала по классифицирующим признакам;

·  расчитывать стехиохимическую формулу вещества;

·  работать с учебной, справочной и научной литературой;

·  производить оптималиный выбор материала и технологии его обработки для изготовления художественных изделий различного назначения.

Иметь представление о:

    методах определения свойств кристаллических материалов;

·  принципах рентгеноструктурного анализа;

    влияния внешних факторов на свойства кристаллических материалов.

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 4 зачётные единицы.

Вид учебной работы

Всего часов

Аудиторные занятия (всего)

68

В том числе:

Лекции

34

Практические занятия (ПЗ)

17

Семинары (С)

0

Лабораторные работы (ЛР)

17

Самостоятельная работа (всего)

40

В том числе:

Курсовой проект (работа)

0

Контрольная работа

30

Реферат

0

Другие виды самостоятельной работы:

Работа с литературой

10

Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)

зкзамен

Общая трудоёмкость час

зач. ед.

140

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Предмет курса и задачи его изучения.

Предмет теории строения материалов и его место в подготовке инженеров.

Значение науки для металлургической, машиностроительной и других от­раслей промышленности; роль отечественных и зарубежных ученых в ее ста­новлении и развитии.

2

Строение кристаллических материалов

Основные характеристики кристаллического состояния вещества.

3

Геометрическая и структурная кристаллографии

Кристаллографические индексы узлов, узловых рядов и узловых плоскостей. Элементы симметрии кристаллических много­гранников. Классы симметрии, сингонии и категории кристаллов. Системы трансляций (решетки Браве). Условия выбора и характеристики элементарных ячеек. Пространственные группы симметрии кри­сталлов. Правильные системы точек.

4

Элементы кристаллохимии и кристаллофизики

Ко­ординационные числа и координационные многогранники. Плотноупакованные слои и многослойные плотнейшие упаковки. Расположение, число и размеры пустот в гранецентрированной кубической (ГЦК), гексагональной плотноупакованной (ГП) и объемноцентрированной кубической (ОЦК) решетках. Основные структурные типы металлических элементов. Структурные типы алмаза и графита. Изоморфизм и полиморфизм. Симметрия и анизо­тропия физических свойств кристаллов.

5

Идеальный кристалл и дефекты строения реальных кристаллических материалов

Понятие об идеальном кристалле. Классификация дефектов строения ре­альных кристаллов.

6

Точечные дефекты

Виды точечных дефектов. Энергия образования и равновесная концентра­ция вакансий и межузельных атомов. Миграция точечных дефектов, Источники и стоки точечных дефектов. Комплексы точечных дефектов.

7

Дислокации, их движение и упругие свойства

Теоретическая и реальная прочность кристаллов. Понятие дислокации. Краевые, винтовые и смешанные дислокации. Движение дислокаций. Контур и вектор Бюргерса дислокаций. Плотность дислокаций. Поле упругих напряжений и упругая энергия дислокаций. Взаимодействие дислокаций.

8

Дислокации и дефекты упаковки в типичных металлических структурах

Полные и частичные дислокации. Дислокационные реакции. Плотнейшие упаковки и дефекты упаковки. Стандартный тетраэдр и дислокационные реакции в ГЦК решетке. Вер­шинные дислокации и дислокации Ломер — Котгрелла.

9

Пересечение дислокаций и их взаимодействие с точечными дефектами

Пересечение единичных краевых, краевой и винтовой и винтовых дисло­каций.

Пороги на дислокациях.

Взаимодействие дислокаций с вакансиями и межузельными атомами. Дисклинации.

10

Дислокационные системы и границы раздела

Размножение дислокаций при пластической деформации. Источник Франка-Рида. Источник Бардина-Херринга.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Общее материаловедение и технологии материалов

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

2

Механические и физические свойства материалов

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3

Методы исследования материалов и процессов

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

4

Методы структурного анализа материалов и контроля качества деталей

-

+

+

-

+

+

-

+

+

+

5

Технологические основы производства порошковых материалов

-

-

-

+

+

-

-

+

-

-

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекции

Прак.

зан.

Лаб.

зан.

Семин.

СРС

Всего

час.

1

Предмет курса и задачи его изучения.

1

2

Строение кристаллических материалов

1

+

+

3

Геометрическая и структурная кристаллографии

2

+

+

4

Элементы кристаллохимии и кристаллофизики

2

+

+

5

Идеальный кристалл и дефекты строения реальных кристаллических материалов

1

+

6

Точечные дефекты

2

7

Дислокации, их движение и упругие свойства

1

8

Дислокации и дефекты упаковки в типичных металлических структурах

3

+

9

Пересечение дислокаций и их взаимодействие с точечными дефектами

2

10

Дислокационные системы и границы раздела

2

6. Лабораторный практикум:

(17 часов)

Изучение структуры металлов и сплавов методом макроскопического и микроскопического анализа

Диаграммы состояний и структуры двойных сплавов

Влияние холодной пластической деформации и последующего нагрева на структуру и свойства сплавов

Структура и свойства углеродистых сталей и белых чугунов

в равновесном состоянии

5.Структура и свойства серых чугунов

7. Практические занятия (семинары):

(17 часов)

1.Определение кристаллографических индексов и построение
стереографических и гномостереографических проекций направлений

и плоскостей в кристаллах ………………………2 часа

Решение кристаллографических задач с помощью сетки Вульфа...- " -

3.Определение элементов симметрии и классов симметрии на моделях кристаллографических многогранников………………………………... - " -

Выбор элементарных ячеек и определение характеристик
кристаллических решеток на моделях кристаллических структур………….- " -

Определение плотнейших упаковок, заполнения пустот

и координационных полиэдров на моделях кристаллических структур…… - " -

6.Анализ полей напряжений дислокаций и парных упругих
взаимодействий параллельных дислокаций…………………… ..……….... - " -

8. Примерные темы эссе, рефератов и др.:

Жидкие кристаллы. Металлические стекла. Кристаллические многогранники. Полиэдры. Элементы симметрии, встречающиеся в кристаллических
многогранниках. Международное обозначение. Графическое обозначение. Обозначение в формулах симметрии. Пространственные группы симметрии. История развития русской кристаллографии. Эффективный радиус частицы в кристалле. Плотнейшие слои и дефекты плотнейших упаковок. Зернограничные дислокации.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1., Шварцман химия. — М.: Метал­лургия, 1987.

2., Розин и дефекты кристалличе­ской решетки. —М.: Металлургия, 1990.

3., , атериаловедение. — СПб.:
Химиздат, 2002.

б) дополнительная литература

4. Шаскольская . — М.: Высш. школа, 1984.
5.Штремель сплавов. 4.1. Дефекты решетки.—М.: Ме­таллургия, 1982.

6., Барсуков твердых фаз и диффузия в ме­таллических сплавах: Учеб. пособие. — Л.: СЗПИ, 1981.

7.Материаловедение: Учебник для вузов / , ­ва, и др. —М.: Изд-во МГТУ, 2002.

в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

_____________________________________________________________________________

Разработчики:

кафедра МиТХИ старший преподаватель