Geum.ru

Программа дисциплины " Материаловедение, технология конструкционных материалов" (наименование дисциплины)

Вид материалаПрограмма дисциплины

Содержание


221400 «Управление качеством»
1. Цели освоения дисциплины
Задачи дисциплины
2. Место дисциплины в структуре ооп впо
3. Компетенции обучающегося, формируемые
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 12. Физическая сущность и классификация способов сварки
5. Образовательные технологии
6. Оценочные средства для текущего контроля
Самостоятельной работы студентов
7. Учебно-методическое и информационное
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
221400 «Управление качеством»
221400 «Управление качеством»
Подобный материал:
  1   2

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет»

Кафедра литейных процессов и конструкционных материалов




«УТВЕРЖДАЮ»


Первый проректор ВлГУ

___________Прокошев В.Г.

"___"______________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


" Материаловедение, технология конструкционных материалов"

(наименование дисциплины)


Направление подготовки 221400 «Управление качеством»


Профиль подготовки


Классификация (степень) выпускника бакалавр

(бакалавр, магистр, дипломированный специалист)


Форма обучения очная

(очная, очно-заочная, заочная)



Семестр
Трудоемкость,

зач. ед. (час.)
Лекций,

час.
Практич.

занятий,

час
экз
Лаборат.

работ,

час.
СРС,

час.
Форма промежуточного контроля

(экз./зачет)



III
4 (144)
34
17



17
76
Зачет



Итого
4 (144)
34
17



17
76








Владимир, 2011


1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Цель дисциплины " Материаловедение и технология конструкционных материалов" состоит в обучении студентов научным основам выбора материала с учетом его состава, структуры, термической обработки и достигающихся при этом эксплуатационных и технологических свойств, необходимых для машиностроения; в изучении научных основ современных способов производства важнейших металлов, строения и свойств конструкционных материалов, технологических методов формообразования и формоизменения заготовок и деталей.


В результате освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общепрофессиональные компетенции:

уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

уметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды (ПК-12);

иметь способность к анализу (ПК-18).

Задачи дисциплины:

Изучить основные группы и классы материалов, их свойства и области применения. Сформировать понимание физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов.

Научить анализировать фазовые диаграммы различных систем и на их основе понимать структуры сталей, чугунов и сплавов цветных металлов. Научить устанавливать связь между механическими, физическими, эксплуатационными свойствами металлических материалов и их структурой, легированием, термической обработкой; научить анализировать металлургические факторы качества сталей и промышленных цветных сплавов.

Научить устанавливать связь между химическим, фазовым составом и структурой стекол, технической керамики, полимерных, порошковых и композиционных материалов; дать представление о связи механических и физических свойств со структурой материалов.

Дать студентам необходимые знания по производству черных, цветных металлов и сплавов, о строении и свойствах материалов и способах изготовления заготовок и деталей методом литья, пластического деформирования сварки, обработки резанием .


2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО


Дисциплина «Материаловедение, технология конструкционных материалов» относится к базовой (общепрофессиональной) части цикла ООП ВПО.

Для успешного усвоения студентами курса " Материаловедение, технология конструкционных материалов " необходимо знание основных курсов высшей математики, химии, физики, сопротивления материалов. Из курса высшей математики используются элементы дифференциального и интегрального исчисления. Курс химии обеспечивает сведениями о типах связи в твердых телах, энергетике и кинематике химических процессов, строении полимеров, теории коррозии металлов. Из курса физики при изучении данной дисциплины используются следующие разделы: физика твердого тела, физика элементарных частиц, молекулярная физика, термодинамика, законы диффузии и электропроводности. Из курса сопротивления материала используются следующие понятия и разделы: понятие напряженного состояния, напряжений и деформаций, сведения о механических свойствах материалов и способах их определения.

Знания и навыки, полученные при изучении данного курса, широко применяются студентами при изучении курсов профессионального цикла: основы производства и обработки металлов, металлургические технологии, теории и технологии литейного производства и др.


3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ

В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

иметь представление: о перспективах развития материаловедения и процессов производства и обработки металлов и сплавов как науки (ОК-1);

знать: физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях эксплуатации; их взаимосвязь со свойствами; основные свойства современных металлических и неметаллических материалов (ПК-18);

уметь: оценить поведение материала и причины отказов деталей машин при воздействии на них различных эксплуатационных факторов; в результате анализа условий эксплуатации технически обоснованно выбрать материал, назначать термическую обработку материала в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин (ПК-12);

владеть: практическими навыками исследования, испытания и контроля материалов; приемами основных видов термической обработки (ПК-4).


4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


4.1. Разделы дисциплины и виды занятий:


Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, 144 часа.


Таблица 1. Разделы дисциплины и виды занятий



№

п/п
Раздел

дисциплины
Семестр
Виды учебной работы,

включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
Формы текущего контроля успеваемости

Лекции
Лабор.

работы,

час.
Самост.

работа,

час.

Неделя семестра
Продолжит., час.

1
2
3
4
5
6
7
8

1.
Раздел 1
3
1
4



6



2.
Раздел 2
3
2
4
2
6



3.
Раздел 3
3
3
2



4



4.
Раздел 4
3
4
2
2
4
Рейтинг 1

5.
Раздел 5
3
5
6



6



6.
Раздел 6
3
6
6
2
6



7.
Раздел 7
3
7
6



6



8.
Раздел 8
3
8
6



4
Рейтинг 2

9.
Раздел 9
3
9-10
8
4
6



10.
Раздел 10
3
11-12
6
2
6



11.
Раздел 11
3
13
4



6



12.
Раздел 12
3
14
4



4



13.
Раздел 13
3
15
4
3
4



14.
Раздел 14
3
16
4



4



15.
Раздел 15
3
17
4
2
4
Рейтинг 3




Всего



17
34
17
76
зачет




Итого



17
34
17
76





Таблица 2. Матрица соотнесения соответствия тем дисциплины и формируемых в них

профессиональных и общекультурных компетенций


Темы,

разделы

дисциплины
Количество часов

Компетенции
Σ

общее

кол-во

компетенций

ОК-1
ОК-2
ОК-4
ОК-8
ОК-13
ПК-1
ПК-4
ПК-12
ПК-18

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Раздел 1.
10
*



*












*



3

Тема 1.1.
2
*



*












*



3

Тема 1.2.
8
*



*












*



3

Раздел 2.
16
*



*
*









*



4

Тема 2.1.
8
*



*
*









*



4

Тема 2.2.
4
*



*
*









*



4

Тема 2.3.
4
*



*
*









*



4

Раздел 3.
8
*



*
*









*



4

Тема 3.1.
4
*



*
*









*



4

Тема 3.2.
4
*



*
*









*



4

Раздел 4.
8
*



*
*









*



4

Тема 4.1.
4
*



*
*









*



4

Тема 4.2.
4
*



*
*









*



4

Раздел 5.
20
*



*
*









*



4

Тема 5.1.
8
*



*
*









*



4

Тема 5.2.
6
*



*
*









*



4

Тема 5.3.
6
*



*
*









*



4

Раздел 6.
20
*



*
*









*



4

Тема 6.1.
8
*



*
*









*



4

Тема 6.2.
6
*



*
*









*



4

Тема 6.3.
6
*



*
*









*



4

Раздел 7.
24
*



*
*
*






*
*
6

Тема 7.1.
6
*



*
*
*






*
*
6

Тема 7.2.
18
*



*
*
*






*
*
6

Раздел 8.
10
*



*












*



3

Тема 8.1.
2
*



*












*



3

Тема 8.2.
4
*



*












*



3

Тема 8.3.
4
*



*












*



3

Раздел 9.
28
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.1.
4
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.2.
6
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.3.
6
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.4.
4
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.5.
4
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 9.6.
4
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Раздел 10.
26
*



*
*









*



4

Тема 10.1.
4
*



*
*









*



4

Тема 10.2.
6
*



*
*









*



4

Тема 10.3.
6
*



*
*









*



4

Тема 10.4.
6
*



*
*









*



4

Тема 10.5.
4
*



*
*









*



4

Раздел 11.
16
*



*












*



3

Тема 11.1.
8
*



*












*



3

Тема 11.2.
8
*



*












*



3

Раздел 12.
16
*



*












*



3

Тема 12.1.
8
*



*












*



3

Тема 12.2.
8
*



*












*



3

Раздел 13.
18
*



*
*









*



4

Тема 13.1.
9
*



*
*









*



4

Тема 13.2.
9
*



*
*









*



4

Раздел 14.
14
*



*






*



*



4

Тема 14.1.
8
*



*






*



*



4

Тема 14.2.
6
*



*






*



*



4

Раздел 15.
18
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 15.1.
9
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Тема 15.2.
9
*
*
*
*
*
*
*
*
*
9

Вес компетенции



0,21
0,04
0,21
0,15
0,05
0,05
0,04
0,21
0,04
1,0



4.2. Содержание разделов дисциплины


Семестр 3


Раздел 1. Введение. Классификация материалов. Кристаллическое строение металлов. Критерии оценки материалов.

Тема 1.1. Значение, цель и задачи курса «Материаловедение». Надежность деталей машин. Классификация материалов. Кристаллическое строение металлов. Кристаллографические индексы. Дефекты кристаллов и их влияние на свойства. Краевые и винтовые дислокации. Теоретическая и реальная прочность.

Тема 1.2. Структура. Микроструктурный анализ. Макроструктурный анализ. Методы обнаружения поверхностных и внутренних дефектов. Механические свойства. Испытания на растяжение. Методы измерения твердости (методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, микротвердость, Польди, Шора, Мооса). Определение ударной вязкости металлов и сплавов. Рентгеноструктурное исследование металлов. Возникновение рентгеновских лучей. Оборудование, используемое при рентгеноструктурном анализе.


Раздел 2. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов. Законы кристаллизации металлов.

Тема 2.1. Влияние наклепа на свойства металлов. Использование наклепа в машиностроении. Разрушение металла. Сверхпластичность материалов. Рекристаллизационный отжиг. Холодная и горячая обработка металлов давлением. Понятие жаропрочности.

Тема 2.2. Законы кристаллизации металлов. Свободная энергия и энтропия. Скрытая теплота кристаллизации. Несамопроизвольная кристаллизация.

Тема 2.3 Аморфные металлы. Управление размером зерна. Строение кристаллического слитка.


Раздел 3. Основы теории сплавов. Сплавы на основе железа.

Тема 3.1. Виды сплавов. Правило фаз. Термический анализ. Построение диаграмм состояния. Диаграммы состояния двойных сплавов. Правило отрезков. Правило Курнакова. Связь между типом диаграммы состояния двойных сплавов и свойствами сплавов.

Тема 3.2. Железо и его сплавы. Полиморфизм железа. Железо и углерод. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом.

Углеродистые стали. Влияние химсостава на структуру и свойства стали. Влияние примесей на свойства сталей. Классификация и маркировка углеродистых сталей.

Чугуны. Процесс графитизации цементита. Белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Получение ковкого чугуна. Влияние примесей на свойства чугунов. Применение чугунов в машиностроении.


Раздел 4. Основы термообработки стали. Способы поверхностного упрочнения стали.

Тема 4.1. Фазовые превращения в сталях при нагреве и охлаждении. Аустенизация, перлитное и мартенситное превращения. Превращение при отпуске.

Практика термообработки стали. Технология нагрева. Отжиг стали и его влияние на структуру и свойства. Закалка углеродистых сталей. Отпуск сталей.

Тема 4.2. Роль поверхностного слоя. Поверхностная закалка.

Деформационное упрочнение поверхности.

Химико-термическая обработка стали: основные закономерности, цементация, азотирование, цианирование, нитроцементация, силицирование, борирование. Диффузионная металлизация: хромирование и алитирование.


Раздел 5. Легированные стали. Спецсплавы.

Тема 5.1. Основы легирования стали. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали. Особенности термообработки легированных сталей.

Конструкционные легированные стали. Классификация по назначению, цементируемые и улучшаемые стали. Стали специального назначения (пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и т.п.).

Инструментальные легированные стали. Режущие, теплостойкие, быстрорежущие стали. Штамповые стали. Стали для мерительных инструментов.

Тема 5.2. Стали и сплавы с особыми свойствами. Нержавеющие, жаропрочные, магнитные, немагнитные стали. Стали и сплавы с особыми тепловыми свойствами. Электротехнические стали.

Стали и сплавы с особыми свойствами. Магнитные и электротехнические стали и сплавы. Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы.

Тема 5.3. Выбор марки стали для типовых деталей машин. Общие рекомендации по выбору марки стали. Выбор марки стали с учетом критического диаметра прокаливаемости и глубины закаленного слоя. Выбор марки стали для деталей, работающих в условиях усталостного нагружения.


Раздел 6. Цветные металлы и сплавы. Композиционные материалы.

Тема 6.1. Сплавы на основе меди. Свойства и применение меди. Медно-никелевые сплавы. Бронзы и их термическая обработка. Латуни и их термическая обработка. Применение медных сплавов.

Сплавы на основе алюминия и магния. Свойства алюминия. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Дюралюмины и их термообработка. Применение алюминиевых сплавов.

Титан и его сплавы. Свойства титана. Классификация титановых сплавов и их применение.

Тема 6.2. Магний и его сплавы.

Бериллий и его сплавы. Антифрикционные сплавы, припои, легкоплавкие сплавы. Маркировка цветных металлов и сплавов.

Тема 6.3. Общая характеристика и классификация. Строение, свойства и применение композиционных материалов.

Композиционные материалы на неметаллической основе. Композиционные материалы на металлической основе. Гибридные композиционные материалы. Композиционные материалы, использующиеся для работы при высоких температурах.


Раздел 7. Неметаллические материалы. Наноматериалы.

Тема 7.1. Особенности строения и свойства полимерных материалов. Пластмассы, их особенности и области применения в качестве конструкционного материала. Наполнители пластмасс. Свойства и область применения термопластических и термореактивных пластмасс. Резины. Стекло. Древесина. Керамика.

Тема 7.2 Общая характеристика и классификация. Свойства и применение наноматериалов. Конструкционные и функциональные наноматериалы.

Раздел 8. Свойства веществ и материалов в основных физико-химических процессах. Неразрушающие методы контроля материала деталей. Выбор материалов.


Тема 8.1. Физические, химические свойства материалов. Технологические свойства материалов.

Старение. Изнашивание. Диффузия. Коррозия. Методы борьбы с коррозией металлов и сплавов.

Тема 8.2. Неразрушающие методы контроля материала деталей и их сравнительная характеристика.

Тема 8.3 Выбор материала для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды.


Раздел 9. Металлургические способы производства металлов и сплавов

Тема 9.1 Способы извлечения металлов из природного сырья.

Тема 9.2 Доменное производство.

Тема 9.3 Производство стали.

Тема 9.4 Способы повышения качества стали.

Тема 9.5 Основы литейного производства

Тема 9.6 Литейные свойства.


Раздел 10 Особенности конструирования отливок.

Тема 10.1 Конструирование отливок с учетом литейных свойств сплава.

Тема 10.2 Изготовление отливок в песчаных формах.

Тема 10.3 Литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям.

Тема 10.4 Литье в кокиль.

Тема 10.5 Особенности конструирования отливок с учетом изготовления форм и стержней.


Раздел 11 . Обработка металлов давлением (ОМД)

Тема 11.1 Классификация способов ОМД.

Сущность процесса прокатки. Продукция прокатного производства. Сущность процессов прессования, волочения.

Тема 11.2 Сущность процесса ковки. Оборудование для ковки.

Сущность процесса горячей объемной штамповки. Технологический процесс горячей объемной штамповки в открытых и закрытых штампах. Листовая штамповка. Специализированные технологические процессы ОМД.


Раздел 12. Физическая сущность и классификация способов сварки

Тема 12.1 Сущность, схемы и область применения основных способов сварки плавлением и давлением, электродуговой, газокислородной, электроннолучевой, плазменной, лазерной, диффузионной.

Тема 12.2 Внутренние напряжения и деформации при сварке и пайке. Способы их устранения.


Раздел13. Физико-механические основы обработки металлов резанием

Тема 13.1 Обработка заготовок на токарных, сверлильных, расточных, фрезерных, шлифовальных станках.

Тема 13.2 Обработка заготовок зубчатых колес на зуборезных станках. Обработка заготовок на шлифовальных и отделочных станках.


Раздел 14. Методы обработки.

Тема 14.1 Электрофизические, электрохимические методы обработки

Тема 14.2 Ультразвуковая и лучевая обработки.


Раздел 15. Технологические способы упрочняющей обработки.

Тема 15.1 Способ пластического деформирования.

Тема 15.2 Технологические способы упрочняющей обработки наплавкой, напылением, нанесением покрытий на рабочие поверхности деталей.


4.3. Лабораторный практикум


Таблица 3. Перечень работ лабораторного практикума


№

п/п
№ раздела

дисциплины
Наименование лабораторных работ
Продолжительность

1
2
3
4

3 семестр

1.
Раздел 2
Методы измерения твердости
2

2.
Раздел 4
Микроструктурный анализ металлов и сплавов
2







Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов









Микроструктурный анализ углеродистых сталей в равновесном состоянии и чугунов
2







Термическая обработка углеродистых сталей









Выбор стали (с разбором конкретной ситуации)









Микроструктурный анализ медных сплавов



3.
Раздел 6
Термическая обработка алюминиевых сплавов
2

4.
Раздел 10
Технология производства отливок в разовых песчано-глинистых формах
2







Технология производства отливок по выплавляемым моделям









Технология изготовления поковок



5.
Раздел 11
Объемная штамповка



6.
Раздел 11
Технология листовой штамповки



7.
Раздел 12
Выбор способа сварки
2

8.
Раздел 13
Изучение геометрии токарных резцов
5

9.
Раздел 13
Обработка на токарных станках



10.
Раздел 13
Обработка на вертикально-сверлильном станке



11.
Раздел 13
Обработка на фрезерных станках





















Всего:
17



4.4. Самостоятельная работа


Самостоятельная работа студентов является важнейшим компонентом образовательного процесса, развивающим его способности к самообучению и повышению своего профессионального уровня.

Цель самостоятельной работы - самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные технологии (ОК-4), обобщать, оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13), а также критически анализировать полученные знания и аргументировано отстаивать свои предложения.

Самостоятельная работа заключается в изучении отдельных тем курса по заданию преподавателя.

Дополнительно к этому преподаватель предлагает студенту выполнить реферативную работу. При этом студентом может быть предложена и своя тематика.


Таблица 4. Тематика реферативной работы


№
Возможная тематика самостоятельной реферативной работы

1
2

1.
О проблеме повышения надежности конструкционного материала

2.
Металлы с памятью формы

3.
Влияние внутренних напряжений на свойства стальных деталей машин

4.
Пути упрочнения сталей и сплавов

5.
Влияние различных факторов на пластическую деформацию и их деформационное упрочнение

6.
Особенности испытаний механических свойств при низких температурах

7.
Закономерности изнашивания деталей, образующих пары трения, и пути уменьшения их износа

8.
Повышение износостойкости деталей виброобкатыванием

9.
Способы повышения износостойкости

10.
Влияние различных факторов на характеристики выносливости

11.
Использование металлокерамических твердых сплавов в качестве инструментального материала

12.
О возможность управления строением кристаллического слитка

13.
Хладностойкость сталей климатического холода

14.
Стали криогенной техники

15.
Регулирование размеров зерна термоциклированием

16.
Перспективы космического материаловедения

17.
Свойства и применение сплавов цветных металлов при низких температурах

18.
Способы предотвращения дефектов и брака, возникающих при термической обработке

19.
Пути повышения жаропрочности

20.
Перспективы развития химико-термической обработки

21.
Неразрушающие методы контроля

22.
Методы защиты от коррозии металлов и сплавов

23.
Органические полимерные покрытия и способы их нанесения

24.
Влияние облучения на структуру и свойства материалов

25.
Перспективы использования наноматериалов

26.
Нагрев металлов перед обработкой давлением

27.
Технология производства основных видов проката

28.
Технологическая разработка процесса ковки

29.
Технологические особенности штамповки высоколегированных сталей и труднодеформируемых сплавов.

30.
Центробежное литье.

31.
Технологический контроль в литейном производстве.

32.
Технология сварки различных металлов и сплавов.

33.
Контроль качества сварных соединений.

34.
Приспособления для обработки заготовок на сверлильных станках.

35.
Обработка заготовок на агрегатных станках.

36.
Обработка заготовок на расточных станках.

37.
Обработка заготовок на кругло-шлифовальных станках.

38.
Обработка заготовок без снятия стружки.

39.
Электрофизические и электрохимические методы обработки.

40.
Изготовление деталей из композиционных и наноматериалов.


Студенты готовят реферат, делают по нему презентацию и докладываются перед студентами группы. Лучшие доклады представляются на вузовской студенческой конференции.