Особенности (принципы) построения дисциплины. Механико-технологического факультета
Декан
Механико-технологического факультета
В.Г. Буров
“___ ”______________2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ООП: 150600 – Материаловедение и технология новых материалов
Квалификация – бакалавр
Факультет: Механико-технологический
Курс: 2,3 Семестр: 4,5
Лекции: 68 ч.
Лабораторные работы: 51 ч.
Расчетно-графическое задание: 4, 5 сем.
Самостоятельная работа: 34 ч.
Экзамен: 4,5 сем.
Всего: 153 ч.
Новосибирск
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150600 - Материаловедение и технология новых материалов, степень (квалификация) - бакалавр техники и технологии.
Регистрационный номер ГОС: № 255 тех/бак от 27.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС: ОПД.Ф.6.01
Шифр дисциплины по учебному плану: 24
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «ММ»
протокол № 11 от 19 ноября 2009 г.
Программу разработал:
к.т.н., доцент __________________________ Н.В. Плотникова
Заведующий кафедрой,
д.т.н., профессор ___________________________ А.А. Батаев
Ответственный за основную
образовательную программу:
к.т.н., доцент ________________________ А.Г. Тюрин
1. Внешниетребования
4. Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению Материаловедение и технология новых материалов *
Таблица 1
| Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
| ОПД.Ф.6.01 | Материаловедение: Роль материаловедения в обеспечении эксплуатации изделий; основные понятия о механических, физических, химических свойствах, технологических и эксплуатационных характеристиках материалов. Общая классификация материалов по природе, назначению и областям применения; общие представления о наследственной связи структуры и структурных преобразований материалов на стадиях производственного цикла и характеристик изделий; взаимосвязь структурного и фазового состояний с характеристиками материалов и изделий. Металлические и неорганические неметаллические материалы: гомогенное и гетерогенное строение материала; пластичность и разрушение; усталость и ползучесть; физическая сущность упрочняющих и разупрочняющих процессов; макрорельеф поверхностей физических тел, поверхностные явления, виды износа материалов; фазовые диаграммы, экспериментальное построение и расчет фазовых диаграмм, фазовые диаграммы как банки термодинамических данных, их использование при разработке материалов с необходимым набором свойств и при разработке физико-химических основ технологических процессов; типы фазовых превращений, их сущность, способы реализации: диффузионные и бездиффузионные превращения, явления возврата, отдыха, рекристаллизации, полиморфизма. Основные типы черных металлов, их классификация и основные структурные, механические, физические и эксплуатационные характеристики. Основные типы цветных металлов и сплавов и покрытий на их основе: классификации сплавов; алюминиевые, титановые, магниевые, медные, никелевые сплавы; сплавы на основе тугоплавких и редких металлов, другие специальные сплавы; структурные особенности, характеристики. Основные типы полупроводниковых материалов, материалов микро- и наноэлектроники, их классификация и характеристики. Порошковые и гранулированные, изотропные и анизотропные слоистые и волокнистые композиционные металлические материалы и покрытия. Керамики, силикатные материалы, стекла и другие неметаллические неорганические материалы и покрытия. Углеродные и органические полимерные материалы: углеграфитовые материалы, углерод-углеродные композиционные материалы; пластические массы, полимерные композиционные материалы, каучуки и резины общетехнического назначения, полимерные материалы функционального назначения: фрикционные и антифрикционные материалы, компаунды, герметики, пленки, волокна, лакокрасочные материалы и др. в машино- и приборостроении, электро- и радиотехнике, электронной технике, строительстве, медицинской технике, их состав, структура, свойства, особенности применения. |
7.1. Требования к профессиональной подготовленности инженера по специальности машины и аппараты пищевых производств: *
должен знать:
- основные типы современных материалов различной природы и назначения, закономерности взаимосвязей их химического и фазового состава, состояния, структуры и свойств;
- основные тенденции и направления развития современного теоретического и прикладного материаловедения, а также современных технологий получения и обработки материалов;
должен иметь навыки:
- в моделировании и проектировании материалов, конструировании и расчетах элементов из них;
- в характеристике структуры и свойств материалов, полуфабрикатов и деталей, оценке и прогнозировании их долговечности.
* Сохранена нумерация ГОС
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 | Дисциплина предусматривается Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 150600 Материаловедение и технология новых материалов |
| Адресат курса | Студенты направления: 150600 – Материаловедение и технология новых материалов |
| Главная цель | Изучение материалов, применяемых в машиностроении и способы упрочнения машиностроительных материалов |
| Ядро курса | Описание структуры материалов во взаимосвязи с их свойствами |
| Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса | Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, полученные из курсов Физика, Химия, |
| Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует требованиям ГОС |
| Объём курса в часах | 68 час лекций, 51 часов лабораторные занятия, 34 часа самостоятельная работа студента |
| Основные понятия курса | Материал, прочность, надежность, долговечность, структура, деформация, термическая обработка |
| Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса | Обобщение, анализ, классификация, абстрагирование, выделение главного |
| Обеспечение последующих дисциплин | Технология материалов и покрытий, Механические и физические свойства материалов, Теория и технология термической и химико-термической обработки материалов |
| Практическая часть курса | Практическая часть дисциплины содержит лабораторные работы и расчетно-графическую работу. Студенты закрепляют на практике теоретические положения курса, систематизируют знания об оборудовании, материалах, технологических процессах, проводят научно-исследовательскую работу со статистической обработкой полученных результатов. |
| 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 |
| Описание основных контрольных "точек" | Контроль выполняется в форме защиты лабораторных работ, расчетно-графической работы в 4 и 5 семестрах, контрольных работ в тестовой форме в течении семестра, экзамен в тестовой форме в 4 и 5 семестрах |
| Ваш курс и современные информационные технологии | Современные информационные технологии используются в курсе при выполнении расчетно-графической работы (поиск материалов в Интернете, оформление текстовой и графической части пояснительной записки). |
| Ваш курс и современное состояние науки и практики | Курс отражает представления науки о современных материалах, методиках изучения их свойств и применения в промышленности |
Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
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. Процессы деформации и разрушения; сущность механических свойств; характеристики прочности и пластичности, ударную вязкость, твёрдость, усталостные характеристики |
| 3. Сущность упрочнения металлов и сплавов; кривую Одинга; способы деформационного упрочнения; упрочнение при легировании; упрочняющую термическую обработку. |
| 4. Диаграммы состояния для сплавов: с неограниченной растворимостью, с ограниченной растворимостью, образующих химические соединения, испытывающих полиморфные превращения; фазы и структурные составляющие металлических сплавов |
| 5. Диаграмму состояния железо-цементит; структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. |
| 6. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку сталей; примеси в сталях и их влияние на структуру и свойства |
| 7. Химический состав, структуру, свойства, классификацию и маркировку чугунов; влияние легирующих элементов на процессы графитизации и отбеливания чугунов. |
| 8. Теоретические основы термической обработки; диаграммы изотермического и термокинетического распада аустенита; перлитное, мартенситное, промежуточное превращения; образующиеся структуры;, диффузионные и бездиффузионные превращения. |
| 9. Определения видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск); температурные режимы термической обработки; изменение свойств и структуры при термической обработке; поверхностная закалка. |
| 10. Назначение и виды химико-термической обработки (цементация, азотирование, нитроцементация, ионное азотирование) и их влияние на свойства деталей |
| 11. Классификацию углеродистых сталей обыкновенного качества и качественных; химический состав, механические свойства, маркировку, область применения. |
| 12. Классификацию конструкционных легированных сталей; основные легирующие элементы, их условное обозначение в маркировке; основные свойства конструкционных легированных сталей и области их применения |
| 13. Виды сталей и сплавов с особыми свойствами (автоматные стали, коррозионностойкие стали, жаропрочные стали и сплавы); область применения, химический состав, свойства |
| 14. Классификацию, химический состав, маркировку, область применения инструментальных сталей, твердых сплавов; классификацию и область применения режущих керамик, сверхтвердых материалов, материалов абразивного инструмента; полиморфные модификации нитрида бора и углерода. |
| 15. Классификацию, свойства, область применения сплавов на основе меди, алюминия, титана, цинка; маркировку цветных металлов и сплавов |
| 16. Основные виды полимеров; сущность процесса полимеризации и поликонденсации; свойства термопластических, термореактивных, газонаполненных пластмасс; эластомеры, резины, клеи, герметики. |
| 17. Классификацию и виды неорганических и органических стекол, ситаллов, металлических стекол; механические, физические и химические свойства стекол. |
| 18. Классификацию композиционных материалов; основные типы армирующих и матричных материалов |
| Уметь: |
| 19. Выбрать метод проведения стандартных испытаний по определению механических свойств (прочность, твердость, ударная вязкость). |
| 20. Назначить температурные режимы термической обработки сталей; определять причины возникновения дефектов и брака при термической обработке. |
| 21. Рационально выбирать инструментальные материалы |
Содержание и структура учебной дисциплины
Лекционные занятия (68 час).
Таблица 4
| Темы лекционных занятий | Часы |
| Семестр №4 | 34 часа |
| Значение и задачи курса. Научно-технический прогресс и его главные составляющие. Классификация металлов. Общие свойства металлов и сплавов. Кристаллическое строение материалов. Реальное строение металлических материалов. Общее понятие конструкционного материала. Работы отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения (М.В. Ломоносов, ПП. Аносов, Д.К. Чернов, Г.В. Самсонов, Ледебур, Троост, Сорби и др.). | |
| Металлы: признаки металлов; классификация металлов; сущность атомно-кристаллического строения; строение кристаллических решеток и их основные параметры; металлический тип связи; полиморфизм металлов; реальное строение металлических кристаллов; кривая Одинга. | |
| Кристаллизация: понятие кристаллизации (жидкость® твердое, газ ® жидкость ® твердое, газ ® твердое, твердое ® твердое); энергетические условия процесса кристаллизации; кинетика процесса кристаллизации металлов и сплавов; построение и анализ кривых охлаждения; диаграмма состояния чистого вещества, форма кристаллических образование; строение слитка; превращения в твердом состоянии, аллотропия; магнитные превращения. | |
| Процессы деформации и разрушения: свойства металлов и сплавов; упругая и пластическая деформация; хрупкое, вязкое и усталостное разрушение; факторы, определяющие характер разрушения; наклеп и рекристаллизация. | |
| Методы исследований и испытаний материалов: методы изучения строения металлов (световая, электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ); испытания механических свойств; испытания долговечности; особенности испытаний механических свойств при низких температурах; специальные методы испытаний; неразрушающие методы контроля. | |
| Строение сплавов: фазы и структурные составляющие металлических сплавов; основные типы структур и взаимодействие компонентов при образовании металлических сплавов; строение и свойства твердых растворов замещения, внедрения и вычитания; условия взаимной растворимости компонентов при образовании твердых растворов; химические соединения в сплавах; строение и свойства механических смесей; электронные соединения; фазы Лавеса; фазы внедрения; диффузия и ее механизмы. | |
| Диаграммы состояния для сплавов: правило фаз; экспериментальное построение диаграмм состояния; диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов; правило отрезков; с неограниченной растворимостью; с ограниченной растворимостью в твердом состоянии; образующих химические соединения; кристаллизация сплавов в неравновесных условиях; практическое значение диаграмм состояний для анализа и совершенствования технологических процессов на производстве; связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния. | |
| Диаграмма состояния железо-цементит: значение линий и областей диаграмм; основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов; диаграмма состояния железо-цементит (метастабильное состояние); диаграмма состояния железо-графит (стабильное состояние). | |
| Углеродистые стали: влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали; классификация углеродистых сталей; углеродистая сталь общего назначения (свойства, маркировка); нагартованная сталь (свойства, маркировка); листовая сталь для холодной штамповки (свойства, маркировка); автоматные стали (свойства, маркировка). | |
| Чугун: процесс графитизации; строение и свойства чугунов; влияние углерода и примесей на свойства чугунов; структура чугуна; формы и размеры графитных включений и их влияние на механические свойства чугунов; стандартизация и маркировка чугунов; экономичность применения чугунов в машиностроении. | |
| Общие положения термической обработки: температура и время; классификация видов термической обработки; четыре основных превращения в стали. | |
| Теория термической обработки стали: превращения в стали при нагреве, образование аустенита; диффузионные превращения аустенита при охлаждении стали, диаграмма изотермического превращения аустенита; мартенситное превращение; промежуточное (бейнитное) превращение; превращения при отпуске; превращение переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении; термокинетические диаграммы превращения аустенита | |
| Практика термической обработки стали: отжиг; нормализация; выбор температуры закалки; химическое действие нагревающей среды; закалочные среды, прокаливаемость; внутренние напряжения; способы закалки; обработка стали холодом; дефекты, возникающие при закалке. | |
| Термомеханическая обработка: классификация видом ТМО, практика ТМО | |
| Семестр № 5 | 34 часа |
| Поверхностное упрочнение стальных изделий: упрочнение поверхности методом пластического деформирования; поверхностная закалка (ТВЧ, электронно-лучевая, лазерная); химико-термическая обработка (цементация, азотирование, цианирование, ионное азотирование, диффузионная металлизация) и их влияние на свойства деталей. | |
| Легированные стали и сплавы: классификация примесей; влияние элементов на полиморфизм железа; влияние легирующих элементов на феррит; карбидная фаза в легированных сталях; влияние легирующих элементов на превращения в стали; классификация и маркировка легированных сталей. | |
| Конструкционные легированные стали: термическая обработка конструкционных сталей; цементуемые стали; улучшаемые стали; высокопрочные стали; строительные стали; арматурные стали; пружинная сталь; шарикоподшипниковая сталь; дефекты легированных сталей. | |
| Инструментальные легированные стали: инструментальные стали пониженной прокаливаемости; инструментальные стали повышенной прокаливаемости (легированные); быстрорежущие стали; штамповые стали; твердые сплавы. | |
| Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы: критерии жаростойкости и жаропрочности; влияние структуры и состава на жаропрочность материала; классификация жаропрочных сталей; перлитные и мартенситные жаропрочные стали; аустенитные жаропрочные стали; суперсплавы (никелевые и кобальтовые). | |
| Коррозия и коррозионностойкие стали и сплавы: понятие коррозии; виды коррозии; методы защиты от коррозии; коррозионностойкие стали и сплавы. | |
| Стали и сплавы со специальными свойствами: износостойкие стали и сплавы (графитизированная сталь, высокомарганцовистая сталь, наплавочные материалы); магнитные и электротехнические стали с сплавы; сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы; сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами; металлы с памятью формы; радиационно-стойкие материалы; аморфные сплавы; наноструктурированные материалы. | |
| Цветные металлы и сплавы:тугоплавкие металлы и сплавы; титан и его сплавы; магний и его сплавы; бериллий и его сплавы; алюминий его сплавы; медь и ее сплавы. | |
| Порошковые материалы:основы порошковой металлургии; конструкционные порошковые материалы; антифрикционные порошковые материалы; фрикционные порошковые материалы; пористые фильтрующие элементы; инструментальные порошковые материалы; карбидостали. | |
| Материалы на основе полимеров:состав и строение полимеров; основные свойства полимеров; общая характеристика пластмасс; термопластичные пластмассы; термореактивные пластмассы; резины; клеящие материалы; лакокрасочные материалы; стекло; древесина; хладостойкие неметаллические материалы. | |
| Керамические материалы:керамическая технология и классификация керамики; свойства и применение керамических материалов. | |
| Композиционные материалы:общая характеристика и классификация; дисперсноупрочненные композиционные материалы; волокнистые композиционные материалы; слоистые композиты; свойства и применение композиционных материалов | |
| Покрытия:общая характеристика покрытий и способов их нанесения; металлические покрытия (цинковые, алюминиевые, оловянные и хромсодержащие); неметаллические покрытия (неорганические покрытия, органические покрытия, лакокрасочные покрытия) |
Лабораторные работы (51 час)
Таблица 5
| Темы лабораторных работ | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
| Семестр № 4 (34 часа) | |||
| Лабораторная работа № 1 – «Исследование строения металлов и сплавов методами макро- и микроанализа» | Освоить методы макро- и микроструктурного анализа, научиться определять балл зерна методом сравнения. | 1,19 | |
| Лабораторная работа № 2 – «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. | 4,5,6,7, 11,12 | |
| Лабораторная работа № 3 – «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. | 3,5,8,9, 10,11, 14, 19,20, | |
| Лабораторная работа № 4 – «Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов» | Изучить особенности термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов на примере дуралюмина Д1 и сплава АМг5. | 3,4, | |
| Лабораторная работа № 5 – «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. | 4,15, | |
| Лабораторная работа № 6 –«Рекристаллизационный отжиг» | Изучить особенности упругой и пластической деформации материалов, понятие о рекристаллизационном отжиге металлов и сплавов. На примере меди выявить зависимости размера зерна от температуры отжига. | 2,29 | |
| Лабораторная работа № 7 – «Количественный анализ уравнения конструктивной прочности углеродистых сталей после объемного упрочнения» | Установить количественную зависимость между структурой и механическими свойствами стали, освоить методы определения объемной доли перлита, размера зерна феррита, плотности дислокаций, рассчитать предел текучести для углеродистой стали по диаграмме растяжения. | 3,6,11,14, 19 | |
| Защита лабораторных работ | Ответить на вопросы по темам лабораторных работ | ||
| Семестр № 5 (17 часов) | |||
| Лабораторная работа № 8 – «Определение типа металлов и сплавов. Классификация сталей по равновесной структуре» | С применением метода металлографического анализа научиться определять виды металлов и сплавов по характерным признакам. Научиться классифицировать стали по равновесной структуре. | 5,6,7,12, 13,14,15 | |
| Лабораторная работа № 9 – «Определение вида обработки материала» | Научиться определять виды обработок материала металлографическим методом | 8,9,10 | |
| Лабораторная работа № 10 – «Фрактографические исследования разрушения материалов» | Изучить основы растровой электронной микроскопии, научиться определять вид разрушения материалов с применением растровой электронной микроскопии | ||
| Лабораторная работа № 11 – «Дислокационные построения в металлических материалах» | Изучить основы просвечивающей электронной микроскопии, научиться определять тип дислокационных построений в металлических материалах с применением просвечивающей электронной микроскопии | 1,3 | |
| Защита лабораторных работ | Ответить на вопросы по темам лабораторных работ |
Учебная деятельность
Лекции читаются по 2 часа еженедельно в 4 и5 семестрах. 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. В конце лекции на 4, 8, 12, 16 неделях проводятся контрольные работы, включающие 6 тестовых вопросов. Пример контрольной работы в представлен в п. 8.1.
На пятой неделе пятого семестра студенту выдаётся задание на расчетно-графическую работу. Расчетно-графическая работа включает выполнение 3 заданий. Объём пояснительной записки – 10-15 стр.. компьютерного набора, формат бумаги А4 – 210 х 297 мм. На титульном листе должно быть указание дисциплины, номер варианта расчетно-графической работы, фамилия, имя и группа студента. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному на рис.1. Брошюровка работы должна быть книжной; поля: сверху – 2,0 см, слева – 3,0 см, внизу – 2,0 см, справа – 1,5 см. Шрифт набора текста должен быть 14 pt Times New Roman. Межстрочный интервал полуторный. Текст должен иллюстрироваться схемами, графиками, рисунками, таблицами. Рисунки должны быть сделаны в любом графическом редакторе и могут быть расположены на отдельной странице. Подрисуночная подпись должна располагаться под рисунком! Нумерация рисунков сквозная. К работе должен быть сделан список литературы (3-5 наименований), оформленный в соответствии с ГОСТ.
| Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Расчетно-графическая работа по курсу «Материаловедение» Вариант № 1 Факультет механико-технологический Группа ТМ-401 Студент Петров В.А. Преподаватель Иванов В.Г. Новосибирск 2006 |
Рис.1. Образец титульного листа