Фазовые равновесия и структурообразование

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель Департамента
образовательных программ и стандартов
профессионального образования
___________________ Л.С. Гребнев
«_14» ___мая_____ 2001 г.
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ
Рекомендовано Минобразованием России
для направления подготовки дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение
Москва 2001г.
1.Цели и задачи дисциплины
Сформировать теоретические представления о механизмах структурообразования в металлических материалах и на их основе научить анализировать
структуры металлов и сплавов, возникающие при различных процессах: кристаллизации, полиморфных превращениях, деформации и последующем отжиге, старении
и других процессах. Научить предсказывать характер изменений структуры в результате внешних воздействий и направление изменения свойств; обучить практике
выявления и анализа структур.
2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины
1
Знать: основные закономерности фазовых и структурных превращений.
Уметь: выявлять, описывать, анализировать и предсказывать структуру сплавов, а также выявлять факторы, влияющие на нее.
Иметь навыки: приготовления шлифа; использования микроскопа для исследования структуры; расчета фазовых и структурных составляющих.
З. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)
Вид занятий
Всего
часов
Общая трудоемкость
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
210
136
68
68
74
Семестр
5
105
68
34
34
37
экз.
6
105
68
34
34
37
экз.
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Раздел дисциплины
Л
ЛР
1
2
3
4
5
6
7
Характеристики металла и его структур
Затвердевание металлов
Структурные превращения в твердых металлах
Диаграммы фазового равновесия и структура сплавов
Структурообразование в сталях и чугунах
Особенности структурообразования легированных сталей
Особенности структурообразования цветных сплавов
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
4.2 . Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Характеристики металла и его структур
Основные типы межатомной связи в металлах. Кристаллические решетки. Дефекты решетки: точечные (вакансии, примесные атомы); линейные (дислокации). Краевая, винтовая и смешанная дислокация. Вектор Бюргерса, энергия дислокации, их
плотность. Движение дислокации. Понятие о дислокационной структуре. Взаимодействие дислокации. Поверхностные дефекты: границы зерен, понятия о малоугловых,
специальных и общих границах; межфазные границы.
Раздел 2. Кристаллизация металлов
Атомная структура жидкости, ближний порядок. Термодинамика, механизм и
кинетика кристаллизации. Зародышеобразование и рост кристалла. Форма кристаллов.
Структура слитка. Выращивание монокристаллов. Получение аморфных металлов.
Раздел 3. Структурные превращения в твердых металлах
Рост зерна: термодинамика, механизм, кинетика. Механизм холодной пластической деформации и структурные изменения. Изменения дислокационной структуры
при пластической деформации. Изменения структуры при отжиге деформированного
металла. Аллотропические превращения. Нормальный и мартенситный механизмы.
2
Раздел 4. Диаграммы фазового равновесия и структура сплавов
Общая характеристика твердых фаз и их строения. Кристаллизация твердых
растворов. Отклонение от равновесия. Внутризеренная ликвация. Эвтектическая кристаллизация. Структура эвтектик. Эвтектоидное превращение. Перитектическая кристаллизация, перитектоидное превращение. Распад и упорядочение твердых растворов.
Термодинамика, механизмы и кинетика превращений в твердых растворах. Спинодальный распад, модулированные структуры.
Раздел 5. Структурообразование в сталях и чугунах
Общая характеристика фаз и фазового равновесия системы железо-углерод.
Формирование структуры сталей при отжиге. Структурообразование в белых и серых
чугунах. Термодинамика, механизм и кинетика перлитного превращения. Перлитоподобные структуры. Термодинамика, механизм и кинетика мартенситного превращения.
Мартенситные структуры. Бейнитное превращение. Процессы при отпуске закаленной
стали. Старение технического железа.
Раздел 6. Особенности структурообразования легированных сталей
Классификация легирующих элементов. Классификация легированных сталей.
Структурообразование в сталях ферритного, аустенитного, перлитного и ледебуритного классов. Структурообразование в сталях мартенситного класса.
Раздел 7. Особенности структурообразования цветных сплавов
Структуры сплавов на основе алюминия. Зонный распад. Структуры сплавов на
основе меди. Структуры сплавов на основе титана. Термоупругий мартенсит.
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
5. Лабораторный практикум
№ раздела дисциНаименование лабораторных работ
плины
1
Работа с металлографическим микроскопом.
1
Специальные методы металлографии: темное поле, поляризованный
свет.
1
Приготовление микрошлифа для металлографического анализа.
2
Количественный металлографический анализ: определение размеров зерна.
4
Количественный металлографический анализ: определение объема
структурных составляющих.
1
Изучение тонкой структуры кристаллов.
1
Моделирование дефектов решетки и их поведения.
3
Изменения структуры и твердости металла при холодной пластической деформации и последующем отжиге.
4
Построение диаграммы фазового равновесия.
4
Структурообразование в эвтектических и перитектических системах.
4
Определение состава сплава по его структуре.
4
Структура сплавов с полиморфными превращениями.
4
Экспертизная задача по двойным сплавам.
4
Определение составов фаз и структурных составляющих в тройных
системах.
4
Структура тройных сплавов.
5
Структурообразование в сталях при отжиге. Дефекты структуры.
5
Структурообразование в белых чугунах.
3
18.
19.
5
5
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26
5
5
5
5
6
6
7
Структурообразование в серых чугунах.
Структурообразование при ускоренном и быстром охлаждении стали. Структура закаленной стали.
Изменение свойств стали при закалке.
Построение С-образных диаграмм распада аустенита.
Структура закаленной и отпущенной стали.
Экспертизная задача по структуре термообработанной стали.
Классификация легированных сталей по структуре.
Экспертизная задача по легированным сталям.
Структура и термическая обработка цветных сплавов
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература
Основная:
1. Лившиц Б.Г. Металлография., М.: Металлургия, 1989, стр. 672.
2. Лабораторный практикум по металлографии, ч. 1 и 2., М.:
МИСиС, 1985.
Дополнительная:
1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов., М.:
Металлургия, 1986, стр. 480.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
6.2.1. Наборы контрольных работ по разделам 4, 5, 6.
6.2.2. Компьютерные программы моделирования дефектов решетки.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
7.1. Металлографическая лаборатория
Программа составлена в соответствии с Государственными образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение.
Программу составил:
доцент Московского государственного института стали и сплавов (технологического
университета) канд. физ.-мат. наук Столяров В.Л.
Программа одобрена на заседании Совета учебно-методического объединения по
образованию в области металлургии «22» марта 2001г., протокол № 37.
Зам. председателя Совета УМО
В. П. Соловьев
4