Программа дисциплины ДПП. Ф.03.1 Материаловедение и технологии производства материалов (стр. 3 )

Данную дисциплину студенты изучают в первом и втором семестрах, после чего в каждом семестре они сдают экзамен. Аудиторные занятия включают лекции и лабораторный практикум. Для допуска к каждому экзамену студент должен выполнить контрольную работу (см. Приложение 1) и сдать отчет по лабораторному практикуму.

Данная дисциплина фактически состоит из двух частей: «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов». Основное внимание уделено первой части, что связано с ее фундаментальным значением. При изучении материаловедения необходимы знания определенных разделов таких общенаучных вузовских дисциплин, как «Физика» и «Химия».  Однако, из-за особенностей учебного плана,  преподаватель вынужден базироваться  только на знаниях, полученных в средней школе. Для преодоления этого барьера необходимо перед рассмотрением конкретных разделов восстановить у студентов знания соответствующих  понятий и явлений, законов.

В лекционном курсе перед изучением каждого нового раздела необходимо сделать краткое введение с выделением главных вопросов, заострить внимание на целях и задачах этого раздела, практическом использовании данного материала.

Для лучшего восприятия студентами учебного материала полезно сопровождать лекционный курс демонстрационными экспериментами, интерактивными материалами (видеофильмы, анимации и др.). В ходе лекции целесообразно давать студентам конкретные расчетные и/или экспериментальные и задания (задачи), позволяющие проверить уровень освоения материала (например, расчет коэффициента компактности кристаллической решетки, эксперименты по усталости и др.). 

Ряд тем, например, «Древесина, ее структура и свойства», «Специальные виды литья», «Структура сварного шва и дефекты сварных соединений» изучается только в лабораторном практикуме. Поэтому эти темы студенты должны прорабатывать  самостоятельно, в том числе, в форме рефератов.

При проведении лабораторных работ необходимо стремиться к тому, чтобы они носили комплексный характер и содержали элементы научного эксперимента. Например, при выполнении работы «Определение твердости металлов» студенты должны параллельно познакомиться с явлением наклепа и статистической обработкой результатом измерений. Как и в лекционном курсе, целесообразно максимально использовать интерактивные материалы (см. п.6.2). 

Часть экспериментов студенты должны выполнить самостоятельно (см. Приложение 3) и оформить в виде отчета.

Учет успеваемости следует вести на основании результатов выполнения и оформления лабораторных и итоговых контрольных работ. При этом, с учетом специфики будущей профессии педагога, целесообразно проводить публичную защиту контрольных работ.

Экзаменационные билеты за 1-й семестр содержат 2 вопроса и задачу (см. приложение 2).  Экзаменационные билеты за 2-й семестр содержат только 2 вопроса.

8.2. Методические указания для студентов

Отчеты по лабораторным работам должны быть сделаны  в отдельной тетради (в клетку). Каждый отчет должен содержать цель работы и ответы на все вопросы, сформулированные в методических указаниях. Рисунки, таблицы и графики должны быть выполнены с соблюдением правил, принятых в учебной технической литературе. 

В задания на контрольные работы (см. Приложение 1) помимо расчетно-графических заданий включены вопросы реферативного характера. Отчет должен содержать условие каждой задачи,  подробное описание решения с рисунками, графиками, реферативной частью, литературу. 

8.2.1. Перечень примерных контрольных вопросов

Разделы 1 и 2 [1, 2].

В чем сущность металлической межатомной связи? Каковы особенности кристаллического строения твердых тел по сравнению с аморфным строением? Перечислите основные типы кристаллических решеток и дайте их характеристику. Что такое анизотропия свойств металлов? Приведите примеры анизотропия свойств в металлах. В чем отличие кристаллического строения реальных металлов от идеальных кристаллов?. Перечислите виды дефектов кристаллического строения и дайте их характеристику. Почему прочность реальных кристаллов намного ниже теоретической прочности идеальных кристаллов?  Каковы пути повышения прочности металлов.  Опишите процесс кристаллизации металла и охарактеризуйте его зеренное строение. Как влияет скорость охлаждения металлического расплава на размер зерна? Объясните структуру металлического слитка с учетом различной степени переохлаждения. Что такое полиморфизм (на примере железа)?

Раздел 3 [1, 2].

Дайте определение понятий системы, компонента, фазы. В чем отличие понятий «двухкомпонентный» и «двухфазный» сплав? Назовите и охарактеризуйте основные типы фаз в металлических сплавах. Объясните понятие «диаграмма состояния» и принцип ее построения. Начертите и охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих механические смеси. Что такое эвтектика, эвтектическая концентрация, эвтектическая температура?  Объяните смысл терминов «эвтектический, доэвтектические и заэвтектические сплавы» Начертите и охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих неограниченный твердый раствор. На примере данной диаграммы объясните правило отрезков и правило рычага Начертите и охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы. Начертите и охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих химические смеси. Начертите и охарактеризуйте схематические диаграммы, изображающие взаимосвязь диаграмм состояния и свойств сплавов (закономерности Курнакова).

Раздел 4 [1, 2].

Охарактеризуйте такие механические свойства материалов как предел прочности, предел текучести, остаточное удлинение перед разрывом, твердость. Объясните как определяют эти характеристики. Что такое модуль упругости, как его определяют? Как влияет пластическая деформация на механические свойства металлов? Как влияет нагрев на механические свойства предварительно деформированного металла? Объясните смысл понятий «рекристаллизация, холодная и горячая деформация».  Перечислите виды разрушения. Что такое ударная вязкость материалов и как ее определяют? Что такое хладноломкость и как оценивается  температурный порог хладноломкости? Дайте определение понятий «усталость, выносливость, предел выносливости». Какова методика определения предела выносливости? Кратко охарактеризуйте основные технологические и эксплуатационные свойства материалов.

Раздел 5 [1, 2].

В системе Fe-C охарактеризуйте компоненты (железо, углерод), фазы (феррит, аустенит, цементит) и смеси фаз (перлит, ледебурит). Дайте общую характеристику диаграммы состояния Fe-C сплавов. Опишите классификацию Fe-C сплавов по содержанию углерода. Опишите превращения в Fe-C сплавах, содержащих до 2.14 % С. Охарактеризуйте микроструктуру сталей в зависимости от концентрации углерода. Опишите превращения в Fe-C сплавах, содержащих > 2.14%С. Опишите микроструктуру белых чугунов.  Дайте характеристику диаграммы состояния сплавов железо-графит. Чем отличается эта диаграмма состояния от диаграммы состояния Fe - Fe3C? Опишите виды чугунов с графитом и условия их получения, свойства.

Раздел 6 [1, 2].

Дайте общую характеристику видов термообработки металлов и сплавов и их назначение. На основе диаграммы состояния Fe - Fe3C (стальной угол) объясните превращения в сталях при нагреве (на примере эвтектоидной стали) Охарактеризуйте превращения в сталях при  охлаждении. Объясните принцип построения диаграммы изотермического распада аустенита. На основе данной диаграммы опишите распад аустенита при охлаждении с различными скоростями Охарактеризуйте перлитное, мартенситное, бейнитное превращение с точки зрения механизма и формируемых структур. Что такое мартенсит, каковы условия его формирования?  Опишите структуры, образующиеся при распаде мартенсита при нагреве. В чем отличие сорбита и тростита отпуска от аналогичных структур отпуска? Опишите виды и способы термообработки сталей: отжиг, закалка, отпуск. Что такое закаливаемость и прокаливаемость стали? В  чем состоит принцип и преимущества  поверхностной ВЧ закалки. Объясните принципы упрочнения сталей и сплавов пластическим деформированием. Объясните принципы термомеханической обработки сталей. Охарактеризуйте основные виды химико-термической обработки сталей (цементация, азотирование, нитроцементация, борирование, силицирование, диффузионная металлизация). 

Раздел 7 [1, 2].

Объясните принципы классификации сталей (по химическому составу, назначению свойствам). Дайте характеристику углеродистых сталей. Объястите влияние примесей на свойства сталей. Объясните принципы классификации, маркировки углеродистых сталей, особенности их термообработки, применения. Дайте характеристику легированных сталей. Объясните принципы классификации (конструкционные, инструментальные) маркировки, особенности термообработки, применения легированных сталей. Охарактеризуйте быстрорежущие стали, их маркировку, термообработку, свойства, применения.  Что такое твердые сплавы? Охарактеризуйте их структуру, маркировку, свойства, применения. Охарактеризуйте основные виды чугунов с графитом (серые, ковкие, высокопрочные), их микроструктуру, маркировку, свойства, применения. Охарактеризуйте основные виды сталей и сплавов с особыми свойствами (коррозионно-стойкие, жаропрочные,  износостойкие и др.).

Раздел 8 [1, 2].

Дайте общую характеристику алюминия и его сплавов. Нарисуйте и опишите диаграмму состояния Al-Сu. На основе диаграмму состояния Al-Сu опишите термическую обработку (закалка, старение) дуралюмина. Нарисуйте и опишите диаграмму состояния Al-Si. Опишите состав, структуру, свойства и примения силуминов.  Дайте общую характеристику меди и ее сплавов. Нарисуйте и опишите диаграмму состояния Cu-Zn. Опишите состав, маркировку, применения латуней Охарактеризуйте бронзы, их состав, маркировку и применения. Дайте общую характеристику титана и его сплавов. Опишите виды титановых сплавов, их термообработку, маркировку, свойства, примения. Дайте общую характеристику магния и его  сплавов. Опишите видымагниевых сплавов, их термообработку, маркировку, свойства, примения. Дайте общую характеристику химической и электрохимической коррозии (ЭХК). В чем состоит механизм ЭХК? Опишите методы защита от коррозии (металлические и  неметаллические покрытия, ингибиторная защита, химическая и электрохимическая защита).

Раздел 9 [1].