НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан
физико-технического факультета
“___ ”______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ и технология конструкционных
материалов
ООП: 200200 – "Оптотехника";
Степень (квалификация) выпускника - бакалавр техники и технологии
Факультет физико-технический
Курс: 2 Семестр: 3
Лекции: 34 ч.
Практические занятия 17 ч.
Лабораторные работы: 17 ч.
Контрольная работа: 3 семестр.
Самостоятельная работа: 62 ч.
Зачет: 3 сем.
Всего: 130 ч.
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 551900 - ОПТОТЕХНИКА.
Регистрационный номер ГОС: /бак от 01.01.2001 г.
Шифр дисциплины в ГОС: ОПДФ.03.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «ММ»
протокол № от 2006 г.
Программу разработал:
д. т.н., профессор _______________
Заведующий кафедрой,
д. т.н., профессор __________________
Ответственный за основную
д. т.н., профессор ______________
1. Внешние требования
4. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 551900 - ОПТОТЕХНИКА.*
Таблица 1
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
ОПД. Ф.03 | Материаловедение и технология конструкционных материалов материаловедение: строение металлов и сплавов, пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла, механические свойства металлов и сплавов, конструкционные материалы, термическая и химико-термическая обработка металлов, конструкционные пластики, композиты, электротехнические материалы; технология конструкционных материалов: получение заготовок литьем и пластическим деформированием, пайка и склеивание материалов, формообразование поверхностей деталей резанием, электрофизическими и электрохимическими способами обработки, обработка поверхностей деталей абразивным инструментом, точность обработки и шероховатость поверхности деталей, типовое технологическое оборудование и инструменты | 130 |
7.1.Требования к профессиональной подготовленности выпускника *
должен знать:
· основные тенденции и направления развития оптической и лазерной техники, оптического материаловедения, оптических и лазерных технологий;
· технологические процессы, оборудование оптических и лазерных технологий;
владеть:
· методами и компьютерными системами проектирования и исследования оптической и лазерной техники, материалов, оптических и лазерных технологий;
* Сохранена нумерация ГОС
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Таблица 2
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | Дисциплина предусматривается Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 551900 - ОПТОТЕХНИКА, |
Адресат курса | Студенты обучающиеся по направлению 200200 – "Оптотехника"; |
Главная цель | Изучение материалов, применяемых в машиностроении и способы упрочнения машиностроительных материалов. Изучение основных технологий получения материалов и изделий из них. |
Ядро курса | Описание структуры материалов во взаимосвязи с их свойствами. Описание различных технологий получения изделий. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса | Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, полученные из курсов Физика, Химия, Прикладная механика |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует требованиям ГОС |
Объём курса в часах | 34 час лекций, 17 часов лабораторные и 17 часов практические занятия, 62 час самостоятельная работа студента |
Основные понятия курса | Материал, прочность, надежность, долговечность, структура, деформация, термическая обработка, литье, обработка металлов давлением, сварка, пайка, адгезия, когезия |
Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса | Обобщение, анализ, классификация, абстрагирование, выделение главного |
Практическая часть курса | Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы, практические занятия и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют знания об оборудовании, материалах, технологических процессах. |
Учёт индивидуальных особенностей студентов | Методическое обеспечение курса построено на использовании базовых понятий, с объяснением всех вновь вводимых терминов и понятий. Изложение методов изучения структуры и свойств материалов проводится последовательно по принципу "от простого к сложному", что позволяет большинству студентов успешно освоить программу курса. Для учета индивидуальных особенностей студентов предусмотрено проведение консультаций и время для самостоятельной работы. |
Области применений полученных знаний и умений | Организация, подготовка и проведение работ по выбору материалов и технологических режимов обработки |
Описание основных контрольных "точек" | Контроль выполняется в форме защиты лабораторных работ, контрольной работы в 3 семестре, зачета в устной форме в 3 семестре. |
Ваш курс и современное состояние науки и практики | Курс отражает представления науки о современных материалах, методиках изучения их свойств и применения в промышленности |
3. Цели учебной дисциплины
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели |
Знать: |
1. Признаки металлов; сущность атомно-кристаллического строения; реальное строение металлов; кинетику процесса кристаллизации металлов и сплавов; диффузия в металлах и сплавах. |
2. Диаграмму состояния железо-цементит; структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. |
3. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку сталей; примеси в сталях и их влияние на структуру и свойства |
4. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку чугунов; влияние легирующих элементов на процессы графитизации и отбеливания чугунов. |
5. Теоретические основы термической обработки, определения видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск); температурные режимы термической обработки; изменение свойств и структуры при термической обработке. |
6. Назначение и виды химико-термической обработки (цементация, азотирование, нитроцементация) и их влияние на свойства деталей |
7. Классификацию, свойства, область применения сплавов на основе меди, алюминия, титана, цинка; маркировку цветных металлов и сплавов |
8. Основные виды пластиков; сущность процесса полимеризации и поликонденсации; свойства термопластических, термореактивных, газонаполненных пластмасс; |
9. Методы определения механических свойств |
10. Электротехнические, оптические и композиционные материалы, их свойства и область применения |
11. Основы литейного производства, производства изделий пластическим деформированием, механическую обработку резанием, электрофизические и электрохимические способы обработки. Качество обработок и квалитеты точности. Типовое технологическое оборудование. |
12. Технологические методы соединения деталей (сварка, пайка, склеивание). |
Уметь: |
13. Выбрать метод проведения стандартных испытаний по определению механических свойств (прочность, твердость, ударная вязкость). |
18. Назначить температурные режимы термической обработки сталей; определять причины возникновения дефектов и брака при термической обработке. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Лекционные занятия (34 час).
Таблица 4
Темы лекционных занятий | Часы |
Семестр №9 | |
Материаловедение | 17 часов |
Значение и задачи курса. Научно-технический прогресс и его главные составляющие. Основные направления развития материалов (Классификация металлов. Общие свойства металлов и сплавов. Кристаллическое строение материалов. Реальное строение металлических материалов. Общее понятие конструкционного материала. Классификация конструкционных материалов. Общие свойства конструкционных материалов. Современные методы оценки механических, технологических и эксплуатационных свойств и расчета их при машинной обработке. Зависимость механических, физико-химических и технологических свойств от химического состава сплава и его структуры. Работы отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения (, ПП. Аносов, , Ледебур, Троост, Сорби и др.). | |
Процессы деформации и разрушения; сущность механических свойств; характеристики прочности и пластичности, ударная вязкость, твёрдость, усталостные характеристики. Реальная структура металлов и методы ее исследования. Механические, физические и технологические свойства. Определение прочностных и пластических свойств при растяжении. Измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу. Микротвердость. Классификация дефектов реальной структуры. Образование макродефектов при первичной и вторичной кристаллизации сплавов. Микродефекты и субструктура металлических сплавов. Внутреннее строение зерна. Субмикродефекты в кристаллах. Современные методы исследования реальной структуры металлов и сплавов. | |
Диаграммы состояния для сплавов. Практическое значение диаграмм состояний для анализа и совершенствования технологических процессов на производстве. | |
Диаграмма состояния железо-цементит. Значение линий и областей диаграмм. Основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Общая классификация железоуглеродистых сплавов по содержанию углерода. Строение и свойства углеродистой стали. Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали. Классификация углеродистых сталей по применению и маркировка. Государственные стандарты на углеродистую сталь. Строение и свойства чугунов. Влияние углерода и примесей на свойства чугунов. Классификация чугунов по микроструктуре и применению. Стандартизация и маркировка чугунов. Экономичность применения чугунов в машиностроении. | |
Теория термической обработки. Классификация видов термической обработки. Критические точки. Фазовые превращения в стали при осуществлении термической обработки. Перлитное превращение, механизм, кинетика и характеристика структур. Механические свойства перлита, сорбита, троостита. Мартенситное превращение. Кинетика и механизм превращения. Основные особенности мартенситного превращения. Промежуточное превращение (бейнитное). Практика термической обработки. Закалка, отпуск, нормализация и отжиг стали. Цели и температурные режимы термической обработки. | |
Назначение и виды химико-термической обработки (цементация, азотирование, нитроцементация) и их влияние на свойства деталей. Назначение и виды цементации. Цементация в твердом карбюризаторе, газовая цементация. Азотирование стали. Цели, режим и сущность азотирования. Цианирование стали. Влияние температуры на развитие диффузии углерода и азота в стали. Нитроцементация стали. Общие принципы диффузионной металлизации. | |
Классификация, свойства, область применения сплавов на основе меди, алюминия, титана; маркировка цветных металлов и сплавов. Медь и ее сплавы. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы. Состав и свойства бронз, их маркировка и область применения. Свойства титана и влияние легирующих элементов. Структура и свойства конструкционных сплавов на основе титана. Алюминий и его сплавы. Деформируемые и литейные алюминиевые сплавы. Термическая обработка дуралюминов. Литейные сплавы, силумины. Новые алюминиевые сплавы: САП и САС. Области применения алюминиевых сплавов. | |
Основные виды пластиков; сущность процесса полимеризации и поликонденсации; свойства термопластических, термореактивных, газонаполненных пластмасс; эластомеры, резины, клеи, герметики. | |
Электротехнические, оптические и композиционные материалы, их свойства и область применения | |
Технология конструкционных материалов | 17 часа |
Основы литейного производства. Сущность литейного производства. Литейные сплавы и их классификация. Технологический процесс изготовления литейных форм. Контроль качества отливок. Виды дефектов литья. Изготовление отливок специальными способами литья. Литье в оболочковые формы. Литье по выплавляемым моделям. Литье в кокиль. Литье под давлением. Литье под регулируемым давлением. Центробежное литье. Непрерывное литье. | |
Обработка металлов давлением. Физико-механические основы обработки металлов давлением. Сущность обработки металлов давлением. Виды обработки металлов давлением. Влияние обработки металлов давлением на структуру и свойства металла. Нагрев металлов перед обработкой давлением. Прокатное производство. Ковка. Горячая объемная штамповка. Холодная штамповка. Методы производства машиностроительных профилей. Прессование. Волочение. Производство гнутых профилей. | |
Механическая обработка изделий. Физико-механические основы обработки металлов резанием. Классификация движений в металлорежущих станках. Схемы резания. Точность обработки и качество обработанной поверхности. Производительность и выбор режима резания. Качество обработок и квалитеты точности. Типовое технологическое оборудование. | |
Методы соединения изделий. Общие сведения о сварке. Физические основы сварочного производства. Электросварка плавлением. Дуговая сварка. Электрошлаковая сварка. Электронно-лучевая сварка. Контактная сварка. Газовая сварка. Специальные виды сварки. Плазменная сварка. Лазерная сварка. Термитная сварка. Холодная сварка. Диффузионная сварка. Сварка трением. Сварка взрывом. Пайка. Область применения и способы пайки. Подготовка деталей к пайке. Припои. Флюсы. Виды паянных соединений и их прочность. Склеивание материалов. |
Описание лабораторных работ
Лабораторные работы (17 часов)
Таблица 5
Темы лабораторных работ | Учебная деятельность | Часы |
Семестр №9 | ||
Лабораторная работа № 1 – «Исследование структуры, состава и свойств железоуглеродистых сплавов» | Изучить структуру железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов), охарактеризовать структурные составляющие железоуглеродистых сплавов, описать процесс кристаллизации контрольного железоуглеродистого сплава, приобрести навык работы с оптическим металлографическим микроскопом. | 4 |
Лабораторная работа № 2 – «Исследование способов термической обработки для повышения конструктивной прочности детали» | Познакомиться с видами термической обработки сталей, приобрести навык работы с лабораторным оборудованием (печами и твердомерами), выбрать режимы и провести термическую обработку сталей 20, 45 и У8, провести исследование микроструктур сталей после различных видов термической обработки, повысить конструктивную прочность детали. | 4 |
Лабораторная работа № 3 – «Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов» | Изучить особенности термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов на примере дуралюмина Д1 и сплава АМг5. | 4 |
Лабораторная работа № 4 – «Изучение диаграмм состояния и микроструктур цветных сплавов» | Изучить под микроскопом, зарисовать и описать микроструктуры латуней, силуминов, бронз, дуралюминов, баббитов, дать описание их свойств и применения. | 4 |
Защита лабораторных работ | Ответить на вопросы по темам лабораторных работ | 1 |
Описание практических занятий
Практические занятия (17 часов)
Таблица 5
Темы практических занятий | Учебная деятельность | Часы |
Семестр №9 | ||
Практическое занятие №1 – «Проектирование и расчет отливки по чертежу заданной детали» | Ознакомится с основными технологическими процессами получения заготовок и деталей машин литьем. Выполнение проектирования и расчета отливки по чертежу заданной детали. | 4 |
Практическое занятие №2 - «Разработка технологического процесса получения отливки в парных опоках» | Описать технологическую последовательность изготовления отливки в парных опоках. | 4 |
Практическое занятие №3 – «Расчет технологических параметров горячей объемной штамповки детали» | Закрепить теоретические знания, полученные на лекциях, по разделу горячей объемной штамповки путем составления технологического процесса изготовления детали, выбора температуры нагрева заготовки, расчета параметров процесса деформирования заготовки на прессе и на молоте. | 4 |
Практическое занятие №4 – «Расчет технологических параметров ручной электродуговой и газовой сварки» | Закрепить теоретические знания, полученные на лекциях, по разделу электродуговая и газовая сварки. Определить коэффициенты расплавления, наплавки, потерь некоторых марок электродов и проанализировать факторы, определяющие эти величины | 4 |
Зачетное занятие | Защищают расчетно-графическую работу, показывают приобретенные знания | 1 |
5. Учебная деятельность
Лекции читаются по 2 часа в неделю в 3 семестре. Студент должен вести конспект. В конспекте рекомендуется выделять термины, определения, схемы методик, даваемые преподавателем, выписывать непонятные слова и определения, которые уточнять либо вопросами к преподавателю, либо с помощью учебников, энциклопедических словарей и справочников.
На 8 недели 3 семестра проводится контрольная работа. Состоящая из 4 вопросов.
Пример заданий контрольной работы
1. Опишите строение и основные характеристики кристаллической решетки меди (параметры, координационное число, плотность упаковки).
2. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации металлов и почему?
3. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 0С до 0 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,6 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е., процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
4. Опишите сущность лазерной технологии и укажите область ее применения.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Проводится в соответствии с планом ООП – зачет (3 семестр). К зачету допускаются студенты, выполнившие контрольную работу и защитившие лабораторные работы. Зачет проводится в устной форме по вопросам представленным в п. 8.1.
7. Список литературы
1. Гуляев : учебник. - М.: Металлургия, 1986
2. , Леонтьева . М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.
3. Тушинский и технология упрочнения металлических сплавов. - М.: Наука, 1990
4. , , и др. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.
5. , Москалёв конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1990.- 447 с.: ил.
6. , , Матюнин и технология металлов: Учеб. для вузов по машин. спец. - 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк. 2002.- 637 с.: ил.
7. , , Бухаркин конструкционных материалов: Учебн. для машин. вузов. Изд. 5-е, испр.,- М.; Машиностроение, 2003. – 511 с.: ил.
8. Мозберг . М.: Высшая школа, 1991. - 448 с.
8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
1. Общие механические свойства материалов.
2. Физико-химические свойства материалов.
3. Классификация материалов по применению.
4. Классификация материалов по составу и структуре.
5. Зависимость служебных свойств материалов от структуры.
6. Кристаллическое строение металлов.
7. Процессы кристаллизации сплавов.
8. Виды дефектов структуры материалов.
9. Точечные дефекты материалов.
10. Линейные дефекты – дислокации.
11. Поверхностные дефекты – границы зерен, фрагментов.
12. Движение дислокаций – элементы пластической деформации.
13. Зависимость прочности от числа подвижных дислокаций.
14. Высокопрочные, бездислокационные, нитевидные кристаллы – «усы».
15. Основы теории конструктивной прочности материалов.
16. Краткий анализ эффективности дислокационных моделей упрочнения.
17. Классификация структур металлических сплавов.
18. Строение и свойства твердых растворов замещения.
19. Строение и свойства твердых растворов внедрения.
20. Строение и свойства химических соединений в сплавах.
21. Строение и свойства механических смесей в сплавах – эвтектик.
22. Основные методы построения диаграмм состояния сплавов.
23. Диаграмма состояния для сплавов – механических смесей.
24. Диаграмма состояния для сплавов – твердых растворов.
25. Диаграмма состояния для сплавов – с химическими соединениями.
26. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
27. Полиморфизм железа.
28. Структурные составляющие железо-углеродистых сплавов.
29. Особенности диаграммы железо-углеродистых сплавов.
30. Структура и свойства углеродистых сталей.
31. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
32. Классификация и маркировка чугунов.
33. Процессы графитизации в серых чугунах.
34. Структура и свойства ковкого чугуна.
35. Структура и свойства высокопрочного, модифицированного чугуна.
36. Основные факторы, обеспечивающие эффект при термической обработке сплавов.
37. Фазовые превращения в стали при термической обработке.
38. Процесс аустенитизации при термической обработке.
39. Диаграммы (изотермическая и термокинетическая) распада переохлажденного аустенита в стали.
40. Перлитное превращение при термической обработке.
41. Мартенситное превращение при термической обработке.
42. Бейнитное превращение переохлажденного аустенита.
43. Отжиг стали, цели и режимы.
44. Нормализация стали, цели и режимы.
45. Закалка стали, цели и режимы.
46. Отпуск стали, цели и режимы.
47. Цементация стали, цели и технология.
48. Азотирование стали, цели и технология.
49. Цианирование стали, цели и технология.
50. Нанесение защитных и износостойких покрытий.
51. Цели легирования стали.
52. Классификация и маркировка легированных сталей.
53. Конструкционные стали.
54. Инструментальные стали.
55. Быстрорежущие стали.
56. Металлокерамические твердые сплавы.
57. Сплавы на основе меди.
58. Сплавы на основе алюминия.
59. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов.
60. Термическая обработка дуралюминов.
61. Сплавы на основе титана.
62. Сплавы с особыми физическими свойствами: магнитные, электротехнические и др.
63. Материалы для работы при высоких температурах.
64. Аморфные и нанокристаллические материалы.
65. Структура и свойства неметаллических материалов: стекла, керамик, полимеров.
66. Структура и свойства композиционных материалов.
67. Литейные свойства сплавов.
68. Характеристика литейного производства (сущность, элементы литейной формы, литейные сплавы).
69. Теоретические основы производства отливок. Литейные свойства материалов.
70. Изготовление отливок в песчаных формах.
71. Модельный комплект. Формовочные и стержневые смеси.
72. Литниковые системы. Состав и назначение элементов литниковой системы.
73. Изготовление литейных форм. Изготовление стержней.
74. Изготовление отливок специальными способами литья.
75. Литье в оболочковые формы.
76. Литье по выплавляемым моделям
77. Литье в кокиль.
78. Литье под давлением.
79. Литье под регулируемым давлением.
80. Центробежное литье.
81. Непрерывное литье.
82. Дефекты отливок и причины их возникновения
83. Методы исправления дефектов в отливках
84. Сущность обработки металлов давлением.
85. Виды обработки металлов давлением.
86. Влияние обработки металлов давлением на структуру и свойства металла.
87. Нагрев металла перед обработкой давлением. Термический режим. Нагревательные устройства.
88. Прокатное производство. Сущность процесса.
89. Продукция прокатного производства. Инструмент и оборудование для прокатки.
90. Сущность процесса ковки. Основные операции ковки и применяемый инструмент.
91. Горячая объемная штамповка. Сущность процесса и способы горячей объемной штамповки.
92. Проектирование поковки. Способы получения заготовки.
93. Оборудование для горячей объемной штамповки. Отделочные операции горячей объемной штамповки.
94. Холодная штамповка. Холодное выдавливание.
95. Холодная штамповка. Холодная высадка.
96. Холодная штамповка в открытых штампах.
97. Холодная листовая штамповка.
98. Методы производства машиностроительных профилей.
99. Прессование.
100. Волочение.
101. Производство гнутых профилей.
102. Физические основы сварочного производства.
103. Виды термической сварки.
104. Дуговая сварка. Сущность процесса.
105. Ручная электродуговая сварка.
106. Автоматическая дуговая сварка под флюсом.
107. Дуговая сварка в защитном газе.
108. Плазменная сварка.
109. Электрошлаковая сварка.
110. Электронно-лучевая сварка.
111. Газовая сварка.
112. Термическая резка металлов.
113. Виды термомеханической и механической сварки.
114. Контактная сварка. Стыковая сварка.
115. Контактные виды сварки. Точечная и шовная сварки.
116. Сварка аккумулированной энергией.
117. Холодная сварка.
118. Сварка трением.
119. Ультразвуковая сварка.
120. Сварка взрывом.
121. Диффузионная сварка.
122. Пайка металлов и сплавов.
123. Сущность процесса и материалы для пайки.
124. Способы пайки.
125. Контроль качества сварных и паянных соединений.
126. Обработка изделий на станках токарной группы.
127. Обработка изделий на станках сверлильной группы.
128. Обработка изделий на расточных станках.
129. Обработка изделий на фрезерных станках.
130. Обработка изделий на шлифовальных станках.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 20 /20 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения: |
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «___» ________ 20 г.
Заведующий кафедрой
«___»__________20 г.
