материалов», Новосибирск-2006
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА материаловедение в МАШИНОСТРОЕНИи
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан механико-технологического факультета
“___ ”______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
Теория и технология упрочнения материалов
ООП направление: 150600 «Материаловедение и технология новых материалов»
специальности: 150501 – Материаловедение в машиностроении, инженерная
подготовка
Факультет механико-технологический
Курс 5 семестр 9
Лекции 34 час.
Практические работы 17 час.
Расчётно-графическая работа 9 сем.
Самостоятельная работа 51 час.
Экзамен 9 сем.
Всего 102 час.
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 651700 - «Материаловедение, технологии материалов и покрытий», специальность 120800 – «Материаловедение в машиностроении»
Регистрационный номер 254 тех/дс, дата утверждения 27.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС ДС.00, Дисциплина специализации
шифр дисциплины по учебному плану _________
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
«Материаловедение в машиностроении»,
протокола заседания кафедры № __10/1_____ от __19 октября_______2006 г.
Программу разработал
профессор кафедры ММ, д. т.н., профессор
Заведующий кафедрой
д. т.н., профессор
Ответственный за основную
к. т.н., доцент
1. Внешние требования*
Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины представлены в табл. 1.
4.
Таблица 1.
Индекс | Наименование дисциплин и их основные разделы | Всего часов |
ДС.00 | Дисциплина специализации | 839 |
Требования к профессиональной подготовленности выпускника:
Инженер по специальности «Материаловедение в машиностроении» должен
знать:
- диаграммы состояния сплавов для определения фазового состава и структурного состояние машиностроительных материалов;
- закономерности, отражающие зависимость механических, физических, физико-химических и технологических свойств современных материалов от химического состава, структурного состояния и видов обработки;
- основные тенденции и направления развития современного теоретического и прикладного материаловедения, а также современных технологий обработки и упрочнения материалов;
- механизма пластической деформации и разрушения материалов в зависимости от их структуры, химического состава, условий нагружения, характера напряженного состояния;
- закономерность формирования и управления структурой и свойствами материалов при механическом, термическом, радиационном и других видах воздействия на материал;
- механизмы фазовых и структурных превращений, их зависимости от условий тепловой обработки; принципы легирования металлических материалов;
владеть:
-методикой проектирования технологических процессов (в целом и по стадиям) обработки и упрочнения машиностроительных деталей;
* - сохраняется нумерация и название соответствующих разделов ГОСа
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.
Таблица 2
Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | Решение учёного совета механико-технологического факультета |
Адресат курса | Студенты, обучающиеся по направлению 150600 - Материаловедение и технология новых материалов, специальность 150501 "Материаловедение в машиностроении" |
Главная цель | Изучение нового синергетического подхода к основной парадигме современного материаловедения - зависимости важнейших эксплуатационных характеристик материалов от их структуры на различных иерархических уровнях. Структура рассматривается разномасштабно: от строения Земли до межатомных взаимодействий в кристаллических решетках. |
Ядро курса | Реальное строение материалов, синергетика в материаловедении, современные теории разрушения материалов, теория блочности природных объектов, структурная теория упрочнения материалов |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса | Дисциплина основывается на фундаментальных знаниях студентов из физики, химии, математики теплотехники и материаловедения |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует требованиям стандарта |
Объём курса в часах | 34 часа лекций, 17 часов практические занятия, 51 час самостоятельная работа студента |
Практическая часть курса | Практическая часть дисциплины содержит семинарские занятия и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют знания о материалах и их свойствах, знакомятся с примерами реальных проблем и задач современного материаловедения. |
Учёт индивидуальных особенностей студентов | Проблемные лекции сопровождаются иллюстрациями компьютерных файлов на экране, что облегчает восприятие информации. Для учета индивидуальных особенностей студентов предусмотрено проведение консультаций и время для самостоятельной работы |
Особая технология организации учебного процесса | Посещение проблемных лекций, индивидуальные занятия с профессором, выступление на научном семинаре, написание литературных обзоров, участие в работе городского научного семинара «Проблемы современного материаловедения» |
Области применений полученных знаний и умений | Совершенствование перспективных материалов, применяемых в машиностроении |
Описание основных "точек" контроля | Контрольная проверка выполнения расчётно-графического задания проводится на 5 - ой неделе семестра. Итоговый контроль выполняется в форме защиты расчетно-графической работы (на 12 неделе) и проведения государственного экзамена в устной форме |
Ваш курс и современные информационные технологии | Современные информационные технологии используются в курсе при оформлении текстовой и графической части пояснительной записки расчетно-графической работы |
Ваш курс и современное состояние науки и практики | В курсе рассматриваются новые научные представления об эволюции и самоорганизации в природе и обществе. Материаловедческие аспекты излагаются на базе новой теории единой блочности макро-, мезо - и микроструктур природных объектов, новых материалов и общества |
3. Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление | |
1 | о современных иерархических уровнях прочности материалов |
2 | о диссипативных структурах |
3 | о фрактальной размерности реальных природных объектов и устройстве окружающего мира |
знать | |
4 | физические основы создания высокопрочного состояния |
5 | закономерности изменения свойств материалов в зависимости от состава, структуры и методов обработки |
6 | количественные характеристики основных свойств различных металлических, керамических, полимерных и композиционных материалов |
7 | способы целенаправленного изменения свойств изучаемых материалов |
уметь | |
8 | систематизировать и правильно анализировать научную информацию о структуре окружающего мира |
9 | правильно оформлять научные рефераты по отдельным разделам рабочей программы курса |
10 | устно излагать основные положения современной структурной теории прочности материалов |
11 | устанавливать реальную связь между теорией прочности и практикой упрочнения различных материалов |
12 | выбирать необходимые прогрессивные технологии упрочнения материалов |
иметь опыт | |
13 | написания литературного обзора |
14 | выступления на научном семинаре |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Описание лекционных занятий размещается в табл. 4 с указанием семестра, в котором организуется обучение по данной дисциплине.
Таблица 4
Темы лекционных занятий | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | ||
Введение. Новые научные представления о реальной структуре окружающего мира | 2 | 2, 3, 8 |
Ретроспективный обзор основных разделов курса «Материаловедение». Реальная структура металлов. Строение сплавов. Диаграммы состояния двойных систем. Диаграмма состояния системы железо - углерод. Строение и свойства сталей. Строение и свойства чугунов. Основы теории термической обработки сплавов. Цели легирования стали. Особенности термической обработки легированной стали. Сплавы на основе алюминия | 8 | 1, 4, 5, 7, 8, 12 |
Фракталы как мера реальности структуры материалов и природных объектов. Размерности Хаусдорфа и Безиковича. Теория Мандельброта | 2 | 3, |
Фракталы в проблеме разрушения материалов. Общая схема и модели упругой и пластической деформации материалов. Микромеханизмы зарождения трещин в материалах. Концепция Гриффитса. Вязкое и хрупкое разрушение материалов | 4 | 3, 4, 1 |
Новая теория блочности в структуре материалов и природных объектов. Общая классификация блочных структур. Гипермакроблоки и теория дрейфа континентов Вегенера. Современная схема строения Земли. Оболочка - сферы Земли. Теория Альфреда Вегенера - дрейф континентов. Тектоника литосферных плит. Макроблоки и физиогномистика поверхности Земли. Субмакроблоки на поверхности природных материалов. Микроблоки или микроструктура материалов. Мезоуровнь блочности или субструктура материалов. Субмикроуровень блочности в межатомной структуре материалов | 2 | 1, 8 |
Современные представления о реальной структуре материалов. Классификация структур и моделей пластической деформации материалов | 2 | 2, 4, 1, 7, 11 |
Точечные дефекты и свойства материалов. Пара Френкеля и динамика вакансий. Дефект Шоттки. Радиационные повреждения материалов. Растворы замещения и внедрения | 3 | 1, 4 |
Линейные дефекты - дислокации и реальная прочность материалов. Геометрия дислокаций. Происхождение и размножение дислокаций. Энергия и динамика дислокаций. Дислокационные взаимодействия. Дислокационные ансамбли, структура границ и субграниц. Теория дислокаций | 3 | 1, 4 |
Структурная теория упрочнения материалов. Теоретическая и реальная прочность материалов, кривая Одинга. Идеальные кристаллы - усы. Теория упрочнения реальных материалов. Принципиальная зависимость прочности и трещиностойкости от дислокационных механизмов (моделей) упрочнения. Анализ уравнения предела текучести и трещиностойкости. Теория субструктурного упрочнения | 4 | 1, 4, 11 |
Синергетика в материаловедении. Теория Хакена, самоорганизация в природе и в обществе. Теория диссипативных структур Пригожина, фазовые переходы. Синергетика пластической деформации и разрушения твердых тел. Единый (мировой) подход к самоорганизации и автоколебаниям в природе и обществе | 2 | 1, 2, 5, 7 |
Систематизация и обобщение информации о составе и свойствах материалов. Пути совершенствования перспективных материалов. | 2 | 1, 4, 5, 6, 7, 11, 12 |
Описание практических занятий размещается в табл. 5 с указанием семестра, в котором организуется обучение по дисциплине.
Таблица 5
Темы практических занятий | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | |||
Реальное строение материалов | Выступление с сообщением по теме практического занятия: точечные дефекты, теория дислокаций субповерхности раздела зерен и фаз, физические модели и реальная структура внутри зерен ансамбли дислокаций и дисклинаций | 4 | 1, 2, 3, 6, 7, 11 |
Современные теории разрушения материалов | Подготовка сообщения по теме практического занятия: теоретическая и реальная прочность материалов, физические модели деформации и разрушения материалов, природное противоречие между прочностью и трещиностойкостью материалов, анализ уравнения предел текучести - вязкость разрушения - структура, физико-химические модели разрушения поверхности при трении | 4 | 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 |
Теория блочности природных объектов | Выступление с сообщением по теме практического занятия: единая теория блочности реальной структуры на различных иерархических и масштабных уровнях, тектоника литосферных плит, макро-, мезо - и микроблочность всех материалов и природных объектов | 4 | 1, 2, 3, 6, 7, 11 |
Синергетика в материаловедении | Подготовка сообщения по теме практического занятия: новые представления о реальности окружающего мира, синергетика и фрактальность в эволюции структур | 4 | 1, 2, 3, 4, 6, 7 |
Зачёт по практическим занятиям | Ответить на вопросы по темам практических занятий | 1 | 6, 8, 9 |
5. Учебная деятельность
В течение семестра каждый студент посещает семинарские занятия и выполняет расчетно-графическую работу. На семинарских занятиях студенты учатся устно излагать основные положения современной структурной теории прочности материалов, систематизировать и правильно анализировать научную информацию о структуре окружающего мира, устанавливать реальную связь между теорией прочности и практикой упрочнения различных материалов.
Выполнение индивидуального задания позволит студенту научиться писать литературные обзоры, правильно оформлять научные рефераты, систематизировать и анализировать научную информацию о структуре окружающего мира, выбирать необходимые прогрессивные технологии упрочнения материалов, способы целенаправленного изменения свойств материалов.
Задание на расчетно-графическую работу выдаётся студенту на первой неделе. На 5 – ой неделе семестра проводится контрольная проверка выполнения задания. Защита готовой индивидуальной работы проводится на 12 неделе. Защита РГЗ является допуском студента к экзамену.
Расчётно-графическая работа каждого студента заключается в индивидуальном изучение материалов по курсу «Теория и технология упрочнения материалов» и состоит из следующих разделов:
1 - изучение конкретного вопроса теории или технологии материаловедения по учебникам, конспекту лекций и периодической литературе;
2 - написание обзора (объемом от 15 до 25 страниц) по изучаемому вопросу;
3 - выполнение рисунков, схем, графиков, простых чертежей в редакторе CorelDraw (в количестве от 6 до 12 штук) отражающих суть вопроса;
4 - формулировка собственных кратких выводов (от 3 до 5 выводов).
Индивидуальная работа выполняется на стандартных листах бумаги формата А4 – 210 х 297 мм с помощью персонального компьютера. Вариант задания выбирается по номеру фамилии студента в групповом журнале. Титульный лист выполняется по форме №1 (методические указания «Выполнение аттестационных работ», издание кафедры "Материаловедение в машиностроении", 1997 г.)
Вопросы для индивидуального изучения:
Упрочнение легированием, Упрочнение холодной пластической деформацией (деформационное упрочнение), Разупрочнение при рекристаллизации, Упрочнение при закалке стали, Разупрочнение при полном отжиге, Упрочнение при нормализации стали, Упрочнение «улучшением» (закалка и отпуск стали), Упрочнение термомеханической обработкой, Упрочнение дуралюминов, Упрочнение суперсплавов (жаропрочных сплавов на основе Cr-Ni), Упрочнение цементацией деталей машин, Упрочнение азотированием деталей машин, Упрочнение цианированием деталей машин.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Аттестация студентов по учебной дисциплине проводится в соответствии с планом ООП - экзамен (9 семестр). К экзамену допускаются студенты, выполнившие и защитившие расчетно-графическую работу. Экзамен проходит в устной форме по билетам. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п. 8. В билет входят 2 вопроса. Один из вопросов посвящён теоретическим основам упрочнения, второй – технологиям и методикам упрочнения, применяющимся в промышленности.
7. Список литературы
Основной список
и др. Конструктивная прочность композиции основной металл - покрытие. - М.: Наука, 1996 Тушинский и технология упрочнения металлических сплавов. - М.: Наука, 1990 Гуляев : учебник. - М.: Металлургия, 1986 Материаловедение под ред. : учебник. - М.: Машиностроение, 1976 инергетика. - М.: Мир, 1980Дополнительный список
Материаловедение и технология металлов: Учебник. - М.: Высшая школа, 2000 Новые материалы, новые машины ИМПАКТ, ЮНЕСКО, № 1, 1989 орядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986 ознание сложного. - М.: Мир, 1990 Николис Дж. Динамика иерархических систем. - М.: Мир, 1989 Ван еоретическое и прикладное материаловедение. - СПб: Атомиздат, 1975 , , Векслер стали, Учебник, М.: МИСИС, 1999 Космическое материаловедение. М.: Мир, 1989 , Таранов материаловедение. М: Машиностроение, 19888. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
Экзамен 9 семестр
Теоретическая и реальная прочность материалов. Физические модели деформации и разрушения материалов. Природное противоречие между прочностью и трещиностойкостью материалов. Анализ уравнения предел текучести - вязкость разрушения – структура. Новые представления о реальности окружающего мира. Синергетика и фрактальность в эволюции структур. Единая теория блочности реальной структуры на различных иерархических и масштабных уровнях. Макро-, мезо - и микроблочность всех материалов и природных объектов. Точечные дефекты. Теория дислокаций. Субповерхности раздела зерен и фаз. Физические модели и реальная структура внутри зерен. Ансамбли дислокаций и дисклинаций. Упрочнение легированием. Упрочнение холодной пластической деформацией (деформационное упрочнение). Разупрочнение при рекристаллизации. Упрочнение при закалке стали. Разупрочнение при полном отжиге. Упрочнение при нормализации стали. Упрочнение «улучшением» (закалка и отпуск стали). Упрочнение термомеханической обработкой. Упрочнение дуралюминов. Упрочнение суперсплавов (жаропрочных сплавов на основе Cr-Ni). Упрочнение цементацией деталей машин. Упрочнение азотированием деталей машин. Упрочнение цианированием деталей машин.
