Новые конструкционные материалы

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
Руководитель ООП по
направлению 150700
профессор Максаров В.В.
Зав. кафедрой
машиностроения
профессор Максаров В.В.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»
Направление подготовки: 150700 Машиностроение
Программа подготовки:
«Технология автоматизированного машиностроения»
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Составитель: доц. Халимоненко А.Д.
Санкт-Петербург
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины «Новые конструкционные материалы» является
получение знаний, позволяющих оценивать поведение материалов в условиях эксплуатации,
правильно выбирать материал и технологию его обработки с целью получения заданной
структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность изделий.
Задачами дисциплины являются:
- изучить физическую сущность явлений, происходящих в материалах при
воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и показать
их влияние на структуру и свойства материалов;
- установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов,
изучить теорию и практику различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих
высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий;
- изучить основные группы современных металлических и неметаллических
конструкционных материалов, их свойства и область применения, определить основные
характеристики материалов и соответствие их требованиям ГОСТов и ТУ;
- приобретение навыков расчета потребностей в материалах; анализ перспективного
развития рынка новых конструкционных материалов.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Данная учебная дисциплина входит в раздел «М.2. Профессиональный цикл. Базовая
(общепрофессиональная) часть» ФГОС по направлению подготовки ВПО. Связь курса с
другими дисциплинами:
Из курса «Химия» в дисциплине «Новые конструкционные материалы»
используются: основные сведения о строении атомов; периодическая система Д.И.
Менделеева; типы связей в твердых телах; общая характеристика химических элементов и их
соединений; теории коррозии металлов. Из курса «Физика»: основы молекулярной физики и
термодинамики; законы диффузии, теплопроводность; элементы физики твердого тела;
элементы физики атомного ядра и элементарных частиц. Из курса «Материаловедение»:
основные понятия, свойства и особенности традиционных конструкционных материалов. Из
курса «Технология конструкционных материалов»: технология производства заготовок,
основные методы обработки заготовок и технология изготовления деталей машин.
Дисциплина «Новые конструкционные материалы» служит для изучения современных
конструкционных материалов и конструкционных материалов будущего и взаимосвязана с
дисциплинами «Процессы формообразования и инструмент», «Научные основы
современного машиностроения», «Современные проблемы инструментального обеспечения
машиностроительных производств».
3. КОМПЕТЕНЦИИ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Процесс освоения дисциплины направлен на формирование:
Общекультурные компетенции:
ОК1 - Способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень;
ОК2 - Способность к обобщению, анализу, критическому осмыслению,
систематизации, прогнозированию при постановке целей в сфере профессиональной
деятельности с выбором путей их достижения;
ОК4 - Способность собирать, обрабатывать с использованием современных
информационных технологий и интерпретировать необходимые данные для формирования
суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам.
2
Профессиональных компетенций:
ПК4 - Умение разрабатывать методические и нормативные материалы, а также
предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ.
Научно-исследовательская и педагогическая деятельность:
ПК20 - Способность разрабатывать физические и математические модели
исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к
профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение
экспериментов с анализом их результатов.
Проектно-конструкторской деятельности:
ПК25 - Способность разрабатывать методические и нормативные документы,
предложения и проводить мероприятия по реализации разработанных проектов и программ;
3.2. В результате освоения дисциплины магистр должен:
знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях
производства и эксплуатации изделий из них под воздействием внешних факторов (нагрева,
охлаждения, давления, облучения и т. п.), их влияние на структуру, а структуры — на
свойства современных материалов; основные критерии выбора конструкционных материалов
их характеристики и требования ГОСТов и ТУ; ассортимент современных конструкционных
материалов, используемые в полиграфическом машиностроении, их эксплуатационные
свойства.
уметь оценивать и прогнозировать поведение материала в результате анализа
условий эксплуатации и производства; обоснованно и правильно выбирать материал, в
соответствие требованиям нормативно-технической документации; производить расчёты
потребности в материалах; пользоваться современными методами определения
механических свойств материалов; использовать основные методы испытаний контроля
материалов, рационально их выбирать для производства изделий и эффективного
осуществления технологических процессов; пользоваться специальной терминологией и
иметь представление о перспективах развития современных конструкционных материалов.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 кредита или 72 часа.
Вид учебной работы
Очная
Общая трудоемкость дисциплины (ОТД)
В т.ч. аудиторные занятия:
лекции
практические занятия (ПЗ)
лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа студента (СРС)
Промежуточный контроль, количество
в т. ч.: контрольная работа
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
10
10
–
52
Всего часов
Форма обучения
ОчноЗаочная
заочная
72
4
20
–
48
2
14
–
56
1
Зачет
1
3
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование
п/п
раздела дисциплины
1 Металлы и металлические сплавы
1.1 Введение. Современные
металлические сплавы
1.2
Металлы и сплавы с особыми
свойствами
2
2.1
Неметаллические материалы
Керамические материалы
2.2
Композиционные материалы
2.3
Полимерные материалы
3
3.1
Методы получения объемных,
порошковых и пленочных
наноструктурных материалов
Методы получения объемных
наноструктурных металлов и
сплавов
Содержание раздела
Конструкционные материалы и их свойства.
Выбор материала. Цена и доступность.
Экспоненциальный рост потребления. Прогноз
на будущее. Структура металлов. Движущие
силы структурных изменений. Кинетика
изменения структуры. Легкие сплавы.
Углеродистые стали. Легированные стали.
Производство, формование и соединение
материалов
Материалы для механических конструкций.
Проводниковые материалы. Магнитные
материалы. Диэлектрические материалы.
Полупроводящие материалы. Сверхпроводники
Керамические материалы. Типы керамических
материалов. Керамические композиты.
Сведения о керамических материалах.
Структура керамических материалов.
Механические свойства керамических
материалов. Производство, формование и
соединение керамических материалов
Волокнистые, дисперсно-наполненные и
вспененные композиты. Композиты с
металлической матрицей. Композиты с
полимерной и углеродной матрицами.
Волокнистые армирующие элементы.
Структурная механика композитов
Классы полимеров. Структура полимеров.
Длина молекул и степень полимеризации.
Структура молекул. Упаковка молекул
полимеров и стеклование. Механические
свойства полимеров. Влияние времени и
температуры на модуль упругости. Прочность.
Производство, формование и соединение
полимерных материалов. Синтез полимеров.
Полимерные смеси. Формование полимеров.
Соединение полимеров
Классификация наноструктурных материалов.
Основные методы получения наноструктурных
функциональных и конструкционных
материалов. Процессы интенсивной
пластической деформации (ИПД).
4
3.2
3.3
4
4.1
4.2
Классификация процессов ИПД.
Технологические параметры, влияющие на
структуру и свойства материалов. Анализ
технологических особенностей процессов ИПД.
Примеры реализации процессов ИПД
Методы получения наноструктурных Классификация методов получения
порошков
нанопорошков. Газофазный синтез. Метод
термического разложения солей. Получение
наноразмерных порошков путем
диспергирования. Технологические
характеристики нанопорошков. Холодное
прессование нанопорошков. Спекание
нанопорошков. Горячая экструзия
нанопорошков. Применение специальных
методов компактирования
наноструктурированных порошковых
материалов
Метод получения тонких пленок
Физические вакуумные методы. Химические
вакуумные методы. Химические вневакуумные
методы
Покрытия
Металлические покрытия
Классификация металлических покрытий.
Методы нанесения металлических покрытий
Неметаллические покрытия
Классификация неметаллических покрытий.
Методы нанесения неметаллических покрытий
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
№ разделов данной
дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
1
Химия
+
+
+
+
2
Физика
+
+
+
+
3
Материаловедение
+
+
+
+
4
Технология конструкционных материалов
+
+
+
+
5
Процессы формообразования и инструмент
+
+
+
+
6
Научные основы современного машиностроения
+
+
+
+
7
Современные
проблемы
инструментального
обеспечения машиностроительных производств
+
+
+
+
5
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
для студентов очной формы обучения
№
1
2
3
4
Наименование
раздела дисциплины
Введение. Металлы и
металлические
сплавы
Неметаллические
материалы
Методы получения
объемных,
порошковых и
пленочных
наноструктурных
материалов
Покрытия
Лекции Практические
занятия
3
3
Лабораторные
работы
-
СРС
Всего
13
19
3
3
-
13
19
2
2
-
13
17
2
2
-
13
17
для студентов очно-заочной формы обучения
№ Наименование раздела Лекции Практические Лабораторные
дисциплины
занятия
работы
1 Введение. Металлы и
1
5
металлические сплавы
2 Неметаллические
1
5
материалы
3 Методы получения
1
5
объемных,
порошковых и
пленочных
наноструктурных
материалов
4 Покрытия
1
5
-
СРС
Всего
12
18
12
18
12
18
12
18
СРС
Всего
14
17.5
14
17.5
14
17.5
14
17.5
для студентов заочной формы обучения
№ Наименование раздела Лекции Практические Лабораторные
дисциплины
занятия
работы
1 Введение. Металлы и
0.5
3
металлические сплавы
2 Неметаллические
0.5
3
материалы
3 Методы получения
0.5
3
объемных,
порошковых и
пленочных
наноструктурных
материалов
4 Покрытия
0.5
3
-
6
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
В соответствии с учебным планом не предусмотрен.
7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (семинары)
для очной формы обучения
№
п/п
1.
№ раздела
дисциплины
1
2.
3.
4.
2
3
4
Тематика практических занятий
Особенности и характеристики современных металлов
и металлических сплавов. Применение их в
машиностроении
Использование керамик и композиционных материалов
как заменителей традиционных металлов
Применение нанотехнологий для получения новых
конструкционных материалов
Применение
неорганических
покрытий
в
машиностроении
Трудоемкость
(час.)
3
3
2
2
для очно-заочной формы обучения
№
п/п
1.
№ раздела
дисциплины
1
2.
3.
4.
2
3
4
Тематика практических занятий
Особенности и характеристики современных металлов
и металлических сплавов. Применение их в
машиностроении
Использование керамик и композиционных материалов
как заменителей традиционных металлов
Применение нанотехнологий для получения новых
конструкционных материалов
Применение
неорганических
покрытий
в
машиностроении
Трудоемкость
(час.)
5
5
5
5
для заочной формы обучения
№
п/п
1.
№ раздела
дисциплины
1
2.
3.
4.
2
3
4
Тематика практических занятий
Особенности и характеристики современных металлов
и металлических сплавов. Применение их в
машиностроении
Использование керамик и композиционных материалов
как заменителей традиционных металлов
Применение нанотехнологий для получения новых
конструкционных материалов
Применение
неорганических
покрытий
в
машиностроении
Трудоемкость
(час.)
3
3
3
3
7
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
И
ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Основная литература
1. Рогов, В.А. Современные машиностроительные материалы и заготовки: учеб.
пособие для студентов высш. учеб. заведений / В.А. Рогов, Г.Г. Позняк. — М.: Издательский
центр «Академия», 2008. — 336 с.
2. Материаловедение / Под ред. Б.Н. Арзамасова и др. – М.: Из-во МГТУ им. Баумана,
2009.
3.
Технология
конструкционных
материалов:
Учебник
для
студентов
машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов и
др.; Под общей редакцией А.М. Дальского. - 6-е издание, переработанное и дополненное.М.: Машиностроение, 2005. - 592с.
Дополнительная литература
4. Назаров, В.Г., Поверхностная модификация полимеров - М.: МГУП, 2008.
5. Дьякова, Е.В. Технология механической массы: учебное пособие для вузов /
Е.В. Дьякова, В.И. Комаров. - Архангельск: АГТУ, 2006.
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Кафедра имеет аудитории для проведения занятий, оснащенные соответствующими
учебными материалами, предназначенными для успешного усвоения лекционного
материала; мультимедийным проектором для представления презентационных работ.
10. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности. Для
студентов очной формы обучения практическому занятию и самостоятельному изучению
материала, как правило, предшествует лекция. На лекции даются указания по организации
самостоятельной работы и срокам сдачи заданий или прохождения тестирования.
Информация о временном графике работ сообщается преподавателем на установочной
лекции.
Преподавание
дисциплины
базируется
на
компетентностном,
практикоориентированном подходе. Методика преподавания дисциплины направлена на организацию
систематической планомерной работы студента в течение семестра независимо от формы его
обучения. В связи с этим следует обратить внимание на особую значимость организаторской
составляющей профессиональной деятельности преподавателя.
Освоение программы учебной дисциплины предусматривает достижение
определенных знаний. Это означает, что каждая тема программы должна быть освоена на
уровне практических умений. Освоение теоретического материала дисциплины
предусматривает работу с учебниками и учебными пособиями, а также использование
современных информационных технологий.
__________________________________________________________________________
Разработчик:
кафедра Машиностроения
доцент А.Д. Халимоненко
8