МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА
«СОГЛАСОВАНО»
«УТВЕРЖДАЮ»
Руководитель ОП
«Прикладная механика»
Заведующая кафедрой
Механики и математического моделирования
(название кафедры)
Озерова Г.П
(подпись)
«28»
Бочарова А.А.
(Ф.И.О. рук.ОП)
июня
(подпись)
2013г.
«28»
(Ф.И.О. зав. каф.)
июня
2013г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Направление подготовки: 151600.62 Прикладная механика
Профиль подготовки:
«Математическое и компьютерное моделирование механических систем и процессов»
Форма подготовки (очная)
Инженерная школа ДВФУ
Кафедра механики и математического моделирования
курс 2 семестр 4
лекции 36(час.)
практические занятия - час.
лабораторные работы 36час.
самостоятельная работа 36час.
всего часов аудиторной нагрузки 72час.
контрольные работы (0)
курсовая работа / курсовой проект зачет 4 семестр
экзамен -семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования, утвержденного приказом Министерства
образования и науки РФ от 9 ноября 2009 № 541
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры материаловедения и технологии материалов
протокол № 9 от «27» июня 2013 г.
Заведующий кафедрой: д.т.н.,доцент Мансуров Ю.Н.
Составитель: асс. Моисеенко Д.В.
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
2
АННОТАЦИЯ
Учебная дисциплина «Материаловедение» разработана для студентов 2
курса
по
направлению
151600.62
механика»,профиль
«Прикладная
«Математическое и компьютерное моделирование механических систем и
процессов». Относится к базовой части профессионального цикла.
Дисциплина «Материаловедение» логически и содержательно связана с
такими
курсами
как
«Физика»,«Химия»,
«Сопротивление
материалов»«Теоретическая механика».
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 108 часов.
Учебным
планом
предусмотрены
лабораторные работы
лекционные
занятия
(36
часов),
(36 часов), самостоятельная работа студента (36
часов). Дисциплина реализуется на 2 курсе в 4 семестре.
Цель: изучение основных типов современных материалов различной
природы и получение знаний по выбору материалов для различных деталей и
конструкций, применяемых в промышленности.
Задачи:
1. Формирование
у
учащихся
знаний
о
физико-механических
характеристиках материалов и методах их определения.
2. Дать представление о проведении экспериментальных исследований
свойств материалов, деталей машин и элементов конструкций.
3. Овладение навыками выбора материалов по критериям прочности,
долговечности, износостойкости и навыками проведения экспериментальных
исследований.
В результате изучения дисциплины бакалавр должен знать:
 основные
понятия,
терминологию,
систему
общепринятых
обозначений,
 правила оформления конструкторской документации в соответствии с
ЕСКД, методы и средства компьютерной графики,
 размерность используемых в расчетах величин в Международной
системе единиц (СИ),
3
 основы проектирования и основные методы расчетов на прочность,
жесткость, динамику и устойчивость, долговечность машин и конструкций,
трение и износ узлов машин,
 физико-механические характеристики материалов и методы их
определения,
уметь:
 выполнять
и
читать
чертежи
и
другую
конструкторскую
документацию;
 проводить
расчеты
деталей
машин
и
элементов
конструкций
аналитическими и вычислительными методами прикладной механики, а также
с помощью программных систем компьютерного инжиниринга;
 самостоятельно строить и исследовать математические и механические
модели
технических
систем,
квалифицированно
применяя
при
этом
аналитические и численные методы исследования и используя возможности
современных компьютеров и информационных технологий;
 анализировать полученные результаты расчетов;
 переводить исходные данные и результаты расчетов из системы СИ в
системы, допущенные к применению, и обратно;
владеть:
 Навыками
работы
с
современными
системами
компьютерного
проектирования (CAD-системами);
 Навыками
расчетов
аналитическими
и
численными
методами
прикладной механики деталей машин и элементов конструкций;
 Пользоваться компьютерной техникой и другими средствами связи и
информации, включая телекоммуникационные сети;
 Навыками конструирования типовых узлов машин и элементов
конструкций.
В ходе изучения дисциплины студент должен овладеть следующими
общекультурными и профессиональными компетенциями:
4
- понимать проблемы устойчивого развития и рисков, связанных с
деятельностью человека (ОК-22);
- быть способным выявлять сущность научно-технических проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их
решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1);
- участвовать в проектировании машин и конструкций с целью
обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности,
обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей машин (ПК-8);
-
участвовать
в
работах
по
технико-экономическим
обоснованиям
проектируемых машин и конструкций, по составлению отдельных видов
технической документации на проекты, их элементы и сборочные единицы
(ПК-9);
- участвовать во внедрении технологических процессов наукоемкого
производства,
контроля
качества
материалов,
процессов
повышения
надежности и износостойкости элементов и узлов машин и установок,
механических систем различного назначения (ПК-11).
I.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
МОДУЛЬ 1. Классификация материалов (2 час.)
Раздел I. Общие понятия о технических материалах (2 час.)
Тема 1. Введение: цели и задачи курса; классификация материалов.
(1 час.)
Задачи курса. Классификация технических материалов. Материалы
металлические, неметаллические, композиционные. Содержание элементов в
Земной
коре.
Мировой
объем
производства
основных
материалов.
Структурные методы исследования.
Тема 2. Российская маркировка сталей и чугунов (1 час.)
Определение
стали.
Классификация
сталей
по
качеству:
стали
обыкновенного качества, качественные стали, высококачественные и
особовысококачественные стали. Классификация сталей по назначению:
5
конструкционные стали, инструментальные стали, стали специального
назначения (автоматные, шарикоподшипниковые, рессорно-пружинные и
т.д.); стали с особыми физико-химическими свойствами.
Определение
чугуна.
Белые,
серые
и
половинчатые
чугуны.
Классификация чугунов в зависимости от назначения.
МОДУЛЬ 2. Теоретические основы металловедения (6 час.)
Раздел I. Кристаллическое строение материалов(2 час.)
Тема 1. Кристаллическое строение материалов(2 час.)
Типы кристаллических решеток, особенности строения реальных
металлических материалов. Дефекты АКР и их влияние на структурночувствительные свойства.
Раздел II. Фазовые превращения в металлах и диаграммы фазового
равновесия(4 час.)
Тема 1. Кристаллизация сплавов. Компоненты, фазы и структурные
составляющие сплавов(2 час.)
Затвердевание
металлических
материалов.
Термические
кривые
охлаждения при кристаллизации металлов. Применение правила фаз.
Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Модифицирование жидкого
металла. Материалы аморфного строения и их применение. Полиморфные
превращения в металлах. Жидкие кристаллы. Строение и свойства типовых
двухкомпонентных сплавов.
Тема 2. Диаграммы состояний двойных и многокомпонентных
сплавов (2 час.)
Понятие о физико-химическом анализе. Диаграмма состояния систем с
полной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Применение
правила отрезков. Внутрикристаллическая ликвация.
МОДУЛЬ 3. Металловедение черных металлов (18 час.)
Раздел I. Теория строения сталей и чугунов (8 час.)
Тема 1. Диаграмма состояния железо-цементит (2 час.)
6
Линии и точки диаграммы. Фазы и структурные составляющие стали и
белых чугунов. Фазовые превращения при охлаждении в стали и белых
чугунах. Построение кривых охлаждения.
Тема 2. Строение и свойства чугунов (2 час.)
Диаграмма состояния железо - графит. Фазовые превращения в чугунах.
Структура чугунов. Влияние примесей и скорости охлаждения (толщины
отливки) на структуру чугунов.
Тема 3. Чугуны. Графитизированные чугуны. Структура, свойства,
применение (2 час.)
Чугуны с пластинчатым, шаровидным, вермикулярным и хлопьевидным
графитом: ЧПГ, ЧШВ, ЧВГ, ЧХГ. Механические свойства чугунов.
Антифрикционные и легированные чугуны.
Тема 4. Влияние легирования на структуру и свойства сталей (2
час.)
Углеродистые и легированные стали. Строение и свойства сталей.
Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства стали.
Классификация сталей по составу, качеству и структурным классам. Влияние
легирующих элементов на структуру и фазовые превращения в стали.
Тенденция развития производства стали.
Раздел II. Теория и технология термической обработки сталей (6
час.)
Тема 1. Теория термической обработки стали (2 час.)
Фазовые превращения в сплавах железо - углерод в твердом состоянии.
Фазовые
превращения
при
нагреве
стали.
Рост
зерна
аустенита.
Мелкозернистые и крупнозернистые стали. Понятия о превращениях в
переохлажденном
аустените
(перлитное,
бейнитное,
мартенситное).
Метастабильные структуры. Диаграммы изотермического превращения
переохлажденного аустенита.
Тема 2. Технология термической обработки стали (2 час.)
7
Виды термической обработки материалов. Полный и нормализационный
отжиг. Отжиг на зернистый перлит. Закалка стали. Способы объемной
закалки.
Влияние
термообработки
на
механические
свойства.
Прокаливаемость стали. Виды и назначение отпуска. Превращения при
нагреве закаленной стали.
Тема
3.
Методика
поверхностного
упрочнения
машиностроительных деталей (2 час.)
Поверхностная
закалка
стали.
Лазерная
термическая
обработка.
Цементация стали. Строение цементованного слоя. Термическая обработка
стали после цементации. Нитроцементация стали. Азотирование. Покрытия
металлов: напыленные и осажденные.
Раздел III. Механические свойства металлов (2 час.)
Тема 1. Основные механические свойства металлов (1 час.)
Основные механические свойства: прочность, пластичность, модуль
упругости, их
зависимость от химического состава и структуры.
Сопротивление пластической деформации, усталости и ползучести. Вязкость
и
сопротивление
хрупкому
разрушению.
Надежность
материалов
и
конструкций. Пластическая деформация, стадии деформации.
Тема 2. Термомеханическая обработка сталей (1 час.)
ВТМО, НТМО и МТО. Сверхпластичность. Влияние электромагнитного
поля на структуру и свойства металлических материалов.
Раздел IV. Машиностроительные стали (2 час.)
Тема 1. Конструкционные легированные стали (1 час.)
Конструкционные
стали.
Цементуемые
и
улучшаемые
стали,
классификация по химическому составу. Дефекты легированных сталей.
Рессорно-пружинные стали и сплавы общего и специального назначения.
Жаропрочные стали и сплавы. Коррозоинностойкие стали. Кислотостойкие
стали и сплавы. Магнитные стали и сплавы. Электротехнические сплавы.
Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами. Материалы с памятью
формы.
8
Тема 2. Инструментальные стали и сплавы (1 час.)
Инструментальные материалы. Углеродистые и легированные стали.
Быстрорежущие вольфрамосодержащие стали и их термическая обработка.
Безвольфрамовые теплостойкие стали. Твердые сплавы. Твердые сплавы ВК,
ТК, ТТК, ТН и др. Сверхтвердые материалы (алмазы и др.).
МОДУЛЬ 4. Металловедение цветных сплавов (7 час.)
Тема 1. Основные типы цветных металлов и сплавов (1 час.)
Классификация и маркировка цветных сплавов. Сплавы на основе меди,
алюминия, магния, титана, бериллия. Легкоплавкие сплавы. Баббиты.
Легкоплавкие и тугоплавкие припои.
Тема 2. Алюминиевые сплавы (1 час.)
Физические и химические свойства алюминия. Технический алюминий,
его механические свойства и применение. Легирующие элементы в
алюминиевых сплавах. Деформируемые и литейные сплавы. Термическая
обработка
алюминиевых
сплавов,
зонное
старение.
Естественное
и
искусственное старение.
Тема 3. Медь и сплавы на основе меди (1 час.)
Физические и химические свойства меди. Техническая медь, ее
механические свойства и применение. Легирующие элементы в медных
сплавах. Латуни. Однофазные и двухфазные латуни. Оловянистые и
безоловянистые бронзы. Термическая обработка бронз. Модулированные
структуры.
Тема. 4. Титан и титановые сплавы (1 час.)
Физические и химические свойства титана. Технический титан, его
механические свойства и применение. Легирующие элементы в титановых
сплавах. Классификация титановых сплавов по структуре и механическим
свойствам.
Тема 5. Магниевые сплавы (1 час.)
9
Физические и химические свойства магния. Легирующие элементы в
магниевых сплавах. Деформируемые и литейные магниевые сплавы.
Термическая обработка магниевых сплавов.
Тема 6. Сплавы на основе олова, свинца и цинка (1 час.)
Свинец и его сплавы. Олово и его сплавы. Оловянно-свинцовые припои.
Антифрикционные сплавы, баббиты. Цинк и сплавы на его основе.
Тема 7. Никелевые сплавы (1 час.)
Физические и химические свойства магния. Легирующие элементы в
магниевых сплавах. Жаропрочные, жаростойкие сплавы и сплавы с особыми
физико-химическими свойствами.
Модуль 5. Неметаллические машиностроительные материалы (3
час.)
Тема 1. Пластические массы, каучуки и резины (2 час.)
Классификация неметаллических материалов. Строение макромолекул и
над
молекулярные
структуры
полимерных
тел.
Физические
(релаксационные) состояния полимеров. Термопласты. Термоэластопласты.
Олигомеры и реактопласты. Каучуки и резиновые материалы.
Тема 2. Наноструктурированные материалы (1 час.)
Общее представление о наноматериалах, композиционных и керамических
материалах.
II.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Лабораторные работы (36 час.)
Лабораторная работа №1. Микроструктурный анализ углеродистых
сталей (4 час.)
Лабораторная
работа
№2.
Микроструктурный
анализ
графитизированных чугунов (4 час.)
Лабораторная работа №3. Термическая обработка углеродистых сталей
(4 час.)
Лабораторная работа №4. Предварительная термическая обработка
сталей (4 час.)
10
Лабораторная работа №5. Микроструктурный анализ легированных
сталей (4 час.)
Лабораторная работа №6. Микроструктурный анализ сплавов на
основе алюминия (4 час.)
Лабораторная работа №7. Микроструктурный анализ сплавов на
основе меди (4 час.)
Лабораторная работа №8. Микроструктурный анализ сплавов на
основе титана (4 час.)
Лабораторная работа №9. Микроструктурный анализ сплавов на
основе никеля (4 час.)
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
В целях определения степени усвоения учебного материала студентами,
по дисциплине предусмотрено тестирование по модулю «Теоретические
основы металловедения».
Вопросы к зачету
1. Классификация и маркировка железоуглеродистых сплавов. Влияние
углерода на структуру и свойства сталей.
2. Влияние структуры на свойства и применение сталей. Российская и
международная маркировка углеродистых сталей.
3. Классификация,
свойства
и
применение
графитизированных
чугунов. Различные классы специальных чугунов.
4. Влияние термической обработки на структуру и свойства сталей.
Влияние легирования на структуру и свойства сталей. Классификация
легированных сталей.
5. Различные способы анализа черных металлов. Классификация и
маркировка цветных сплавов. Механические свойства железоуглеродистых
сплавов. Углеродистые и легированные стали.
6. Жаростойкие и коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаропрочные
сплавы.
11
7. Инструментальные материалы.
8. Алюминий и сплавы на его основе (маркировка, классификация,
структурные особенности, свойства, применение).
9. Медь и сплавы на ее основе (маркировка, классификация,
структурные особенности, основные виды термической обработки, свойства,
применение).
10. Титан и сплавы на его основе (маркировка, классификация,
структурные особенности, основные виды термической обработки, свойства,
применение).
11. Магний и сплавы на его основе (маркировка, классификация,
структурные особенности, основные виды термической обработки, свойства,
применение).
12. Никель и сплавы на его основе (маркировка, классификация,
структурные особенности, основные виды термической обработки, свойства,
применение).
13. Наноматериалы, их классификация и характеристики.
14. Неметаллические неорганические материалы и
покрытия,
их
классификация и характеристики.
15. Пластические массы, полимерные композиционные материалы, их
классификация и характеристики.
16. Каучуки и резины общетехнического назначения, их классификация
и характеристики.
17. Компаунды,
характеристики.
герметики
Лакокрасочные
и
пленки,
их
классификация
и
материалы,
их
классификация
и
характеристики.
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Курсовые работы и рефераты не предусмотрены учебным планом.
12
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Невский А. В. Строительное материаловедение. Уч. пособие. - Ростовна-Дону:
Феникс,
2010.
589
-
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:419240&theme=FEFU
2. Мутылина И. Н. Структура и свойства композиционных материалов.
Уч.
пособие.
-
Вл-к:
Изд-во
ДВГТУ,
2011.
-
109
с.http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:425972&theme=FEFU
3. Чернышев В. Г. Материаловедение и технология конструкционных
материалов. Уч.-методическое пособие. - Вл-к: Изд-во ТГЭУ, 2010. – 60с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:358932&theme=FEFU
4. С. И. Богодухов. Материаловедение и технологические процессы в
машиностроении. - Ст. Оскол: Точные наукоемкие технологии, 2012. - 559
с.http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:667183&theme=FEFU
5. Теплухин Г.Н., Теплухин В.Г., Теплухина И.В. Материаловедение:
учебное пособие / ГОУ ВПО СПБГТУРП. - СПб., 2010. - 169 с.
http://window.edu.ru/resource/152/76152
6. Беликов А.В., Пушкарёва А.Е., Скрипник А.В. Теоретические и
экспериментальные основы лазерной абляции биоматериалов: Учебное
пособие.
-
СПб.:
СПбГУ
ИТМО,
2011.
-
118
с.
http://window.edu.ru/resource/392/73392
Дополнительная литература
1. Материаловедение: Учеб.для вузов. Под ред.
С.В. Ржевской.- М.:
Логос.- 2004.- 424с.
2. У. Болтон. Конструкционные материалы./ Пер. с англ. – М.: ДодэкаXXI, 2004.- 320с.
3. В.М. Никифоров. Технология металлов и других конструкционных
материалов. - СПб.: Политехника, 2004. – 382с.
4. С.И. Гринева, В.Н. Коробко, А.И. Кузнецов, М.М. Сычев. Алюминий
и сплавы на его основе. Учебное пособие.- СПБ.: СПбГТИ(ТУ), 2003. - 22с.
13
5. С.И. Гринева, В.Н. Коробко, А.И. Кузнецов, М.М. Сычев. Медь и ее
сплавы. Учебное пособие.- СПБ.: СПбГТИ(ТУ), 2003. - 18с.
6. Коробко В.Н, Кузнецов А.И., Сычев М.М. Инструменты для
обработки отверстий. Метод.указания. СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2006. - 20с.
7. Коробко В.Н, Кузнецов А.И., Сычев М.М. Фрезы. Метод.указания.
СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2006. - 20с.
8. Рудской А.И. Нанотехнологии в металлургии / Санкт-Петербургский
государственный политехнический университет . - СПб.: Наука, 2007. - 185 с.
http://window.edu.ru/resource/788/73788
14