Примерная программа дисциплины материаловедение и технология конструкционных материалов рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии

Вид материалаПримерная программа

Содержание


Основная задача дисциплины
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
4. Содержание дисциплины 4.1 Разделы дисциплины и виды занятий
4.2 . Содержание разделов дисциплины 4.2.1. Введение
4.2.2. Теоретические и технологические основы производства материалов
4.2.2.2. Основные методы получения твердых тел
Стеклообразование (твердение расплавов).
4.2.2.3. Основы металлургического производства
Основные этапы получения металлов и сплавов
Прямое восстановление железа из руд
Методы получения стали и сплавов особо высокого качества
Особенности производства цветных металлов
Металлургия алюминия
Металлургия титана
Металлургия никеля
4.2.2.4.Основы порошковой металлургии
4.2.3. Основы строения и свойства материалов
4.2.3.2. Дефекты кристаллического строения металлов
Линейные дефекты
...
Полное содержание
Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ






ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ




МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ



Рекомендуется Минобразованием России для направлений
подготовки (специальностей) в области техники и технологии,
сельского и рыбного хозяйства


Москва 2001г.

1. Цели и задачи дисциплины


Учебная дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» посвящена изучению методов получения металлических и неметаллических материалов, применяемых в технике, объективных закономерностей зависимости их свойств от химического состава, структуры, способов обработки и условий эксплуатации, а также методов формирования из указанных материалов заготовок, деталей и изделий.

Учебная дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» - одна из основных технических дисциплин при подготовке специалистов технического профиля. Цель дисциплины - вооружить выпускников знаниями природы и свойств материалов, способов их упрочнения, влияния технологических методов получения и обработки заготовок на качество деталей, а также умениями, позволявшими при конструировании обоснованно выбирать материалы, форму изделия и способ его изготовления с учетом требований технологичности.

^ Основная задача дисциплины - изучение студентами физико-химических основ и технологических особенностей процессов получения и обработки материалов, физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и влияющих на структуру и свойства материалов; умение установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов; знание теории и практики различных способов упрочнения материалов; ознакомление с основными группами металлических и неметаллических материалов, их свойствами и областями применения; знание принципов устройства типового оборудования, инструментов и приспособлений; технико-экономических и экологических характеристик технологических процессов и оборудования, а также областей их применения.
^

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студент должен знать:

1) Современные способы получения материалов и изделий из них с заданным уровнем эксплуатационных свойств.

2). Строение и свойства материалов; сущность явлений, происходящих в материалах в условиях эксплуатации изделий.

3). Методы формообразования и обработки заготовок для изготовления деталей заданной формы и качества, их технологические особенности.

4). Влияние условий технологической обработки и эксплуатации на структуру и свойства современных металлических и неметаллических материалов.

Студент должен уметь:

1). Оценивать и прогнозировать поведение материала и причин отказов деталей и инструментов под воздействием на них различных эксплуатационных факторов;

2). Обоснованно и правильно выбирать материал, назначать обработку в целях получения структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность изделий.

3). Выбирать рациональный способ получения заготовок, исходя из заданных эксплуатационных требований к детали.

Студент должен иметь представление о перспективах (в научном и прикладном аспектах) развития материаловедения и технологии получения и обработки материалов.
^

3. Объем дисциплины и виды учебной работы


Вид учебной работы

Всего часов

Семестры*

Общая трудоемкость дисциплины

136

4 и 5

Аудиторные занятия

68

4 и 5

Лекции

34

4 и 5

Практические занятия (ПЗ)

4

4 и 5

Семинары (С)

6

4 и 5

Лабораторные работы (ЛР)

24

4 и 5

И (или) другие виды аудиторных занятий

-




Самостоятельная работа

68

4 и 5

Курсовой проект (работа)

-




Реферат

20

4 и 5

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)




Зачет (4), экзамен (5)

*Распределение часов устанавливается вузом.
^

4. Содержание дисциплины

4.1 Разделы дисциплины и виды занятий




п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1

Введение

1

-

-

2

Теоретические и технологические основы

производства материалов


3


*


-

3

Основы строения и свойства материалов

3

*

*

4

Железо и его сплавы. Стали и чугуны.

5

*

*

5

Стали и сплавы с особыми физическими

свойствами


2


*


-

6

Цветные металлы и сплавы

2

*

*

7

Неметаллические материалы

3

*

-

8

Порошковые и композиционные

материалы


2


*


*

9

Теория и практика формообразования

заготовок и деталей


8


*


*

10

Производство неразъемных соединений

5

*

*
^

4.2 . Содержание разделов дисциплины

4.2.1. Введение


Определение, цель и задачи дисциплины, ее значение и место в конструкторско - технологической подготовке бакалавра и дипломированного специалиста. Роль современных материалов и технологии в развитии новых видов производства, в повышении их экономической эффективности, в обеспечении качества промышленной продукции.

Понятие о технологии как о рациональной совокупности методов получения материалов, заготовок, деталей и их обработки. Принципы выбора материалов и технологических процессов изготовления деталей на стадии их проектирования. Способы интенсификации процессов получения и обработки материалов, механизации и автоматизации производства, разработки экологически чистых и безотходных технологий. Технико-экономические показатели способов получения и обработки материалов. Пути обеспечения техники безопасности и санитарных норм при проведении технологических процессов. Исторический аспект развития материаловедения и технологии материалов. Вклад отечественных и зарубежных ученых в становление науки о материалах и технологии их получения и обработки; основные перспективные направления ее развития на современном этапе.
^

4.2.2. Теоретические и технологические основы производства материалов

4.2.2.1. Классификация материалов по агрегатному состоянию


По агрегатному состоянию материалы подразделяют на твердые (металлические, неметаллические, композиционные), жидкие (масла, клеи, эмульсии и т.д.), газообразные (аргон, кислород, ацетилен, углекислый газ, азот и т.д.).

Природные источники материалов (руды черных и цветных металлов, нефть, природный газ, пески, алмазы, глины, канифоль, слюда и т.д.).
^

4.2.2.2. Основные методы получения твердых тел


Кристаллизация расплавов. Факторы, обусловливающие формирование кристаллической структуры металла слитка. Термодинамические основы, механизм и кинетика кристаллизации металлов. Параметры кристаллизации: число центров кристаллизации, скорость роста центров. Зависимость параметров кристаллизации от степени переохлаждения (скорости охлаждения) и их влияние на размер зерен и свойства металла. Взаимосвязь состава сплава, металлургических способов его получения с характером кристаллизации, микро- и макроструктурой слитка.

^ Стеклообразование (твердение расплавов). Изменение свойств трудно кристаллизующихся жидкостей. Определение понятия «стекло». Факторы, обусловливающие процесс стеклообразования. Получение аморфных металлических материалов.
^

4.2.2.3. Основы металлургического производства


1).Пиро-, гидро-, электрометаллургия. Исходные материалы для плавки: руда, топливо, флюсы, раскислители, модификаторы, легирующие элементы, шлаки предыдущих плавок.

2). ^ Основные этапы получения металлов и сплавов: дробление и сортировка руд, обогащение руд, получение промежуточных продуктов из концентратов, получение технически чистого металла, получение металлов повышенной чистоты.

3).^ Прямое восстановление железа из руд.

4).Производство чугуна. Продукты доменной плавки.

5).Производство стали. Кислородно-конверторная, мартеновская и электроплавка. Непрерывная разливка стали.

6).^ Методы получения стали и сплавов особо высокого качества: двойной (в том числе вакуумный) переплав; электрошлаковый переплав; электронно-лучевой переплав, плазменно-дуговой переплав; обработка стали в ковше синтетическим шлаком; направленная кристаллизация с зонной очисткой, получение монокристаллов с заданными свойствами.

7). ^ Особенности производства цветных металлов (меди, алюминия, титана, никеля, магния и др.).

Металлургия меди: пирометаллургическое получение меди из руд и концентратов; плавка медных руд и концентратов в электрических и других печах; выделение металлической меди и конвертирование медных штейнов; рафинирование меди.

^ Металлургия алюминия: сырье; производство глинозема; получение металлического алюминия; влияние различных факторов на расход электроэнергии в процессе электролиза; рафинирование алюминия.

^ Металлургия титана: титановые минералы, руды и их переработка; получение четыреххлористого титана; металлотермическое и электролитическое получение титана; рафинирование титана.

^ Металлургия никеля: сырье; плавка в шахтных печах; обжиг никелевого файнштейна; получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд; конвертирование и переработка медно-никелевого штейна; электролитическое рафинирование никеля.

Металлургия магния: подготовка сырья; способы получения магния; рафинирование магния.
^

4.2.2.4.Основы порошковой металлургии


Механические и физико-химические способы получения порошков. Предварительная обработка порошков: отжиг, рассев на фракции, смешивание. Формование порошков, методы формования. Спекание и дополнительная обработка спеченных изделий. Твердофазное и жидкофазное спекание, пропитка. Термообработка спеченных изделий и их калибровка.
^

4.2.3. Основы строения и свойства материалов

4.2.3.1.Общие характеристики и структурные методы исследования металлов


Характерные свойства металлов. Понятия: компонент, фаза, структурная составляющая. Микро- и макроанализ. Фрактография. Понятие о физических методах исследования металлов и сплавов (рентгеноструктурный, дилатометрический и другие методы анализа). Атомно-кристаллическая структура металлов. Понятие о кристаллической решетке. Типы кристаллических решеток металлов и их характеристики. Кристаллографические обозначения атомных плоскостей и направлений. Анизотропия и изотропия кристаллов. Полиморфные превращения в металлах.
^

4.2.3.2. Дефекты кристаллического строения металлов


Понятие об идеальных и реальных металлах. Виды дефектов, их классификация, влияние на свойства.

Точечные дефекты. Виды точечных дефектов, миграция точечных дефектов как основной механизм диффузии.

^ Линейные дефекты. Основные типы дислокаций. Вектор Бюргерса. Плотность дислокаций. Скольжение и размножение дислокаций как механизм пластического деформирования. Взаимодействие и торможение дислокаций препятствиями – причина упрочнения металлов и сплавов. Слияние дислокаций у препятствий, образование трещин и начало хрупкого разрушения. Аннигиляция дислокаций. Прочность металлов идеального и реального строений.

Поверхностные дефекты. Строение границ зерен и субзерен. Большеугловые и малоугловые границы. Влияние размера зерен на свойства металлов. Общие сведения о диффузии в металлах.
^

4.2.3.3. Механические свойства и конструктивная прочность металлов и сплавов


Свойства, определяемые при статическом нагружении. Пределы упругости, текучести, прочности. Методы определения твердости.

Свойства, определяемые при динамических испытаниях. Ударная вязкость. Работа зарождения и распространения трещин. Явление хладноломкости.

^ Свойства, определяемые при циклических нагрузках. Усталостное разрушение. Виды изломов. Предел выносливости. Конструктивная прочность металлов.

Свойства, характеризующие способность длительной работы материала под нагрузкой при повышенных температурах - жаропрочность: скорость и предел ползучести, предел длительной прочности.

^ Свойства, определяющие безотказность работы изделий (сопротивление металла хрупкому разрушению – вязкость разрушения К, допустимая величина дефекта, порог хладноломкости).

^ Свойства металлов, определяющие долговечность изделий (износостойкость, сопротивление усталости, контактная выносливость, жаропрочность, длительная прочность). Влияние остаточных напряжений на свойства металлов и сплавов. Пути повышения прочности металлов.
^

4.2.3.4.Пластическая деформация металлов и сплавов


Напряжения и деформация. Упругая деформация. Пластическая деформация моно- и поликристаллов. Механизмы пластической деформации. Влияние пластической деформации на свойства металла; деформационное упрочнение (наклеп). Текстура деформации, анизотропия. Сверхпластичность металлов и сплавов.
^

4.2.3.5. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Рекристаллизация


Возврат и полигонизация. Первичная, собирательная и вторичная рекристаллизация. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Понятие о критической степени деформации. Текстура рекристаллизации. Влияние нагрева на свойства деформированного металла. «Холодная», «теплая» и «горячая» пластическая деформация.
^

4.2.3.6.Диаграммы фазового равновесия


Равновесное и неравновесное состояние сплавов. Фазы и структуры в металлических сплавах (твердые растворы, химические соединения, промежуточные фазы, эвтектические и эвтектоидные смеси) и условия их образования.

Термодинамические условия равновесия в двухкомпонентных сплавах. Зависимость энергии Гиббса от состояния сплава. Процесс кристаллизации и фазовые превращения в сплавах. Анализ диаграмм фазового равновесия по зависимостям энергии Гиббса от состава сплава.

Диаграммы фазового равновесия для случаев полной и неполной растворимости компонентов друг в друге, образования эвтектики при ограниченной растворимости компонентов, перитектической кристаллизации и наличия полиморфных превращений.

Связь между диаграммой состояния сплавов и их физическими, механическими и технологическими свойствами. Перекристаллизация. Твердорастворное упрочнение. Кинетика распада пересыщенного твердого раствора. Процесс коагуляции и сфероидезации выделившихся фаз. Дисперсионное упрочнение сплавов. Понятие о закалке и старении без полиморфных превращений. Закалка на мартенсит и отпуск. Понятие о тройных диаграммах фазового равновесия.
^

4.2.4. Железо и его сплавы. Стали и чугуны

4.2.4.1.Компоненты и фазы в сплавах системы


«Железо -углерод».

Метастабильная диаграмма состояния «Железо-цементит». Структурные составляющие на диаграмме «Железо-цементит», их характеристики, условия образования и свойства. Стабильная диаграмма «Железо-углерод». Понятие о сталях и чугунах.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Дефекты стали. Легирующие компоненты в сплавах «Железо-углерод»: классификация по характеру их взаимодействия с железом и углеродом. Легирующие компоненты, введение которых расширяет или ограничивает области существования аустенита и феррита на диаграммах состояния «Железо – углерод – легирующий компонент». Карбидообразующие, нейтральные и графитообразующие компоненты и их положение в Периодической системе Д.И. Менделеева. Влияние легирующих компонентов на свойства феррита, аустенита и на карбидную фазу. Структурные классы легированных сталей в условиях равновесия. Классификация и маркировка сталей.

^ Свойства и назначение чугунов. Классификация чугунов. Диаграмма состояния «Железо – углерод – кремний». Белый и отбеленный чугуны. Процессы графитизации. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на структуру серого чугуна. Способы получения и маркировка чугунов. Серый чугун. Модифицированный серый чугун. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун. Специальные чугуны. Влияние углерода, марганца, кремния, серы и фосфора на свойства чугунов.
^

4.2.4.2.Теория термической обработки стали


Превращения при нагреве феррито – карбидной структуры в аустенит. Рост зерна аустенита. Наследственно мелкозернистые и крупнозернистые стали. Влияние размера зерна на механические и технологические свойства стали. Понятие о действительном зерне в стали после реальной термообработки. Влияние легирующих компонентов на рост зерна аустенита. Методы определения размера зерна аустенита.

Превращение переохлажденного аустенита в феррито–цементитные структуры. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Механизм перлитного превращения. Влияние степени переохлаждения аустенита на строение и свойства феррито–цементитной смеси.

Превращение аустенита при непрерывном охлаждении. Критическая скорость охлаждения. Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение. Особенности превращения. Мартенсит, его строение и свойства. Влияние углерода и легирующих компонентов на мартенситное превращение и на его свойства. Пластинчатый и реечный (массивный) мартенсит. Промежуточное (бейнитное) превращение и его особенности. Строение и свойства бейнита. Влияние легирующих элементов на изотермический распад переохлажденного аустенита.

Превращения при нагреве закаленной на мартенсит стали (отпуск стали). Влияние температуры и продолжительности нагрева (отпуска) на фазовые и структурные превращения. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость и методы борьбы с ней.
^

4.2.4.3.Технология термической обработки стали


Фазовые превращения первого и второго рода. Отжиг первого рода и его назначение. Гомогенизация. Рекристаллизационный отжиг. Отжиг для снятия напряжений.

Отжиг второго рода - с фазовой перекристаллизацией. Назначение полного и неполного отжига. Изотермический отжиг, сфероидезация и нормализация сталей. Получаемые структуры и свойства.

^ Закалка стали. Выбор температуры нагрева под закалку и продолжительность нагрева. Обоснование скорости и способа нагрева и охлаждения изделий. Контролируемые атмосферы. Закалочные среды и требования, предъявляемые к ним. Закалочные напряжения. Дефекты, возникающие при закалке. Методы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Факторы, влияющие на прокаливаемость. Методы определения прокаливаемости.

Обработка стали холодом. Отпуск стали. Виды и назначение отпуска. Термомеханическая обработка стали.
^

4.2.4.4. Поверхностное упрочнение стальных изделий


Поверхностная закалка. Виды поверхностной закалки и области ее применения. Закалка при индукционном нагреве. Поверхностная закалка при глубинном индукционном нагреве. Закалка при газопламенном нагреве. Поверхностная закалка при нагреве лазером.

^ Химико-термическая обработка стали. Физико - химические основы химико-термической обработки. Связь состава и строения слоя с диаграммой состояния «Железо – диффундирующий компонент».

Цементация, ее назначение. Стали для цементации. Механизм образования и строение цементованного слоя. Цементация в твердом карбюризаторе. Газовая цементация. Термическая обработка после цементации. Свойства цементованных деталей. Области применения цементации.

Нитроцементация стали. Режимы и области использования.

Азотирование стали. Механизм образования и строение азотированного слоя. Стали для азотирования. Технология газового азотирования стали. Ионное азотирование. Газовое азотирование с добавкой углеродосодержащих газов. Свойства азотированного слоя. Области применения азотирования.

Цианирование и сульфоцианирование стали. Режимы и области применения.

Силицирование. Борирование. Диффузионная металлизация (алитирование, хромирование). Экологические требования к технологическим процессам термической и химико-термической обработки. Нагрев в вакууме, нагрев и охлаждение изделий в псевдоожиженном слое.

Поверхностная пластическая деформация (ППД). Методы поверхностного упрочнения (дробеструйная обработка, обработка роликами и др.) Значение поверхностного наклепа в машиностроении.
^

4.2.4.4. Конструкционные стали


Требования, предъявляемые к конструкционным сталям. Классификация сталей по назначению, качеству, структуре.

Строительные стали (углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные).

Машиностроительные углеродистые и легированные стали: цементуемые стали, улучшаемые стали, рессорно-пружинные стали. Их термообработка, структура, свойства и применение.

Стали с повышенной обрабатываемостью резанием. Мартенситностареющие высокопрочные стали. Износостойкие и шарикоподшипниковые стали. Основные марки, термическая обработка и применение.

Конструкционные коррозионностойкие (нержавеющие) и жаропрочные стали и сплавы. Виды коррозии. Основные принципы создания коррозионностойких сталей. Общая характеристика коррозионностойких сталей. Особенности их термообработки и применения.

Нержавеющие стали (мартенситного, мартенситно - ферритного, ферритного и аустенитного классов). Жаростойкие стали: состав, структура, свойства и термическая обработка.

Жаропрочные стали. Методы повышения жаропрочности. Жаропрочные стали перлитного, мартенситного и мартенситно - ферритного классов. Аустенитные жаропрочные стали с гомогенной структурой, а также с карбидным или интерметаллидным упрочнением. Области применения жаропрочных сталей. Жаропрочные сплавы на железо – никелевой основе. Термическая и химико-термическая обработка, структура и свойства сплавов.

Стали для криогенной техники - их состав, структура, свойства, области применения.
^

4.2.4.5.Инструментальные стали


Основные требования, предъявляемые к инструментальным сталям. Классификация инструментальных сталей.

Стали для режущего инструмента. Понятие теплостойкости (красноломкости). Стали пониженной и повышенной прокаливаемости. Термическая обработка, структура и свойства сталей. Быстрорежущие стали. Назначение легирующих элементов и фазовый состав стали. Фазовые превращения в быстрорежущих сталях при нагреве и охлаждении. Термическая обработка режущего инструмента. Структура и свойства сталей в готовом инструменте.

^ Штамповые стали. Классификация, требования, предъявляемые к этим сталям. Роль легирующих элементов. Стали для штампов при деформации металла в горячем и холодном состояниях. Основные марки, термическая обработка, области применения.

^ Стали для измерительного инструмента, основные требования, предъявляемые к ним. Марки, термическая обработка.

Химико-термическая обработка инструментов. Покрытия на режущих инструментах и штампах.
^

4.2.5.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами


Магнитные материалы. Общие сведения о ферромагнетиках. Магнитомягкие материалы и требования, предъявляемые к ним. Изотропная и анизотропная электротехническая сталь и ее термическая обработка. Пермаллои и альсиферы. Магнитотвердые материалы и требования, предъявляемые к ним. Стали для постоянных магнитов. Литые магнитотвердые сплавы для постоянных магнитов (ални, алнико, магнико), их строение, термическая обработка и магнитные свойства. Влияние магнитной и кристаллографической структуры на магнитные свойства. Аморфные сплавы. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Сплавы с заданным коэффициентом модуля упругости. Сплавы с эффектом «памяти формы».
^

4.2.6. Цветные металлы и сплавы

4.2.6.1. Алюминий и его сплавы


Свойства алюминия. Взаимодействие алюминия с легирующими элементами и примесями. Строение и свойства алюминиевых сплавов в литом и деформированном состоянии. Общая характеристика видов термической обработки сплавов алюминия. Гомогенизация и отжиг алюминиевых сплавов. Закалка и старение сплавов алюминия. Деформируемые сплавы алюминия, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Литейные сплавы алюминия. Области применения алюминиевых сплавов.
^

4.2.6.2 .Магний и его сплавы


Свойства магния. Взаимодействие магния и легирующих компонентов, их влияние на свойства. Термическая обработка сплавов магния. Литейные и деформируемые сплавы, области их применения.
^

4.2.6.3.Титан и его сплавы


Свойства титана, взаимодействие титана с легирующими элементами. Влияние легирующих элементов и примесей на свойства сплавов титана. Классификация сплавов титана по структуре. Маркировка, термическая обработка, свойства и области применения титановых сплавов.
^

4.2.6.4. Медь и ее сплавы


Медь и ее свойства. Применение меди. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы. Деформируемые и литейные бронзы. Бронзы оловянистые, алюминиевые, кремнистые, марганцовистые, свинцовистые и бериллиевые. Состав и свойства бронз, их марки и области применения.
^

4.2.6.5.Жаропрочные и жаростойкие никелевые сплавы


Никель и его свойства. Жаростойкие сплавы на основе никеля (нихромы). Жаропрочные сплавы: состав, структура, термическая обработка, свойства, применение.
^

4.2.6.6. Бериллий и его сплавы


Состав, структура, свойства, области применения. Бериллиевые керметы.

4.2.6.7. Антифрикционные сплавы на оловянистой, свинцовистой и цинковой основе


Состав, структура, обработка, свойства и применение. Многослойные подшипники.
^

4.2.6.8.Тугоплавкие, редкоземельные и радиоактивные металлы и сплавы


Тугоплавкие металлы и их сплавы. Общие характеристики. Состав, структура, свойства и области применения сплавов на основе ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама.

Редкоземельные металлы. Их состав, структура, свойства и области применения.

Радиоактивные металлы и их сплавы. Структура, свойства и области применения тория, урана, плутония и их сплавов.
^

4.2.7. Неметаллические материалы

4.2.7.1.Общие сведения о неметаллических материалах


Основные группы неметаллических материалов. Органические и неорганические материалы. Виды химической связи в неметаллических материалах. Особенности свойств. Области применения неметаллических материалов в технике в качестве конструкционных, фрикционных, антифрикционных, теплозащитных, теплозвукоизоляционных, электротехнических материалов и т.д.
^

4.2.7.2.Полимерные материалы. Пластмассы


Классификация полимерных материалов. Термопластичные полимеры, их физическое состояние в зависимости от температуры. Общая характеристика термопластов, их разновидности и свойства, области применения. Влияние внешних факторов (температуры, среды и т.д.) на характеристики термопластичных полимеров. Термореактивные полимеры, их характеристики. Старение полимеров.

^ Пластмассы: составы, свойства, получение. Наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы в пластмассах. Их влияние на свойства пластмасс. Пластмассы с порошковыми, волокнистыми и листовыми наполнителями. Поропласты и пенопласты. Способы получения изделий.

4.2.7.3.Резина


Состав и свойства технических резиновых материалов. Старение резины. Технологические этапы изготовления резиновых изделий. Способы их формования: каландрование (получение листовой и профилированной резины, промазка тканей), экструзия (получение профилей круглого, квадратного и сложного сечений выдавливанием материала через канал профилирующего инструмента), прессование, литье под давлением. Процессы вулканизации резиновых материалов. Технико – экономическая характеристика процессов. Используемое оборудование. Методы контроля качества изделий. Техника безопасности и охрана окружающей среды. Области применения резиновых изделий.

4.2.7.4. Стекла


Неорганические стекла, их виды, способы получения, термическая обработка, области применения. Органические стекла, их преимущества и недостатки. Способы получения. Области использования. Ситаллы.
^

4.2.7.5. Полиморфные модификации углерода и нитрида бора


Графит и графитообразный нитрид бора. Получение, строение, свойства, области применения.

Синтетические алмаз и кубический нитрид бора. Получение, строение, свойства, области применения.
^

4.2.7.6. Древесина


Разновидности древесины, ее свойства и области применения.

4.2.7.7. Полупроводниковые материалы


Общие сведения о полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Доноры и акцепторы. Основные электрофизические характеристики полупроводниковых материалов. Фотопроводимость полупроводников. Элементарные полупроводники и полупроводниковые химические соединения. Германий и кремний, их свойства и применение. Алмазоподобные полупроводниковые химические соединения типа АIVBIV; AIIIBV;AIIBVI: их свойства и применение. Полупроводниковые структуры. Понятие о технологии формирования полупроводниковых структур интегральных схем.
^

4.2.8.Порошковые и композиционные материалы


Порошковые материалы. Получение порошковых материалов, их преимущества и недостатки. Конструкционные, инструментальные порошковые материалы, материалы со специальными свойствами. Области применения порошковых материалов.

^ Композиционные материалы. Принципы получения композиционных материалов. Требования к матрицам и упрочнителям. Типы упрочнителей: дисперсные частицы, волокна, листовые упрочнители. Взаимодействие между матрицей и упрочнителями в композиционных материалах. Композиционные материалы с металлическими и полимерными матрицами. Их преимущества и недостатки. Области применения. Основные виды композиционных материалов: стеклопластики, углепластики, боропластики, керметы, твердые сплавы и другие.

Методы получения металлических, органических, борных, углеродных, керамических и других волокон.

Методы получения полимерных композиционных материалов (с полимерной матрицей) и переработки их в изделия: прессование, штамповка, литье под давлением, экструзия, намотка, напыление и др.

Технико-экономическая характеристика процессов получения различных типов композиционных материалов. Техника безопасности и охрана окружающей среды при изготовлении деталей из композиционных материалов. Области применения материалов.

Керамические материалы. Получение и состав керамических материалов, их преимущества и недостатки. Способы борьбы с хрупкостью. Области использования керамических материалов.
^

4.2.9. Теория и практика формообразования заготовок и деталей

4.2.9.1. Классификация способов получения заготовок и деталей


Классификация способов по физико-механическому состоянию материала (горячая и холодная обработка давлением); по форме энергии, затрачиваемой при проведении технологического процесса (термический, термомеханический и механический классы сварки); по виду материала инструмента и оснастки (литье в песчаные, керамические и металлические формы; штамповка эластичным пуансоном, в жестких штампах; точение, фрезерование, сверление), по характеру нагрева заготовок (местный и общий нагрев, пайка в печи, соляной ванне, паяльником, электронным или световым лучом, индукционная), по агрегатному состоянию реакционной среды (формирование диффузионных покрытий через твердую, жидкую, газообразную и паровую фазы и т.д.).

Основные методы получения заготовок и деталей: литье, пластическое деформирование, спекание, резание, электрофизические и электрохимические способы обработки.
^

4.2.9.2. Производство отливок


Сущность технологического способа литья. Роль литья в машиностроении и перспективы его развития.

Физико-химические основы литейного производства. Условия затвердевания отливок. Продолжительность затвердевания отливок. Формирование кристаллической структуры сплавов в отливках. Литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка, ликвация, склонность к поглощению газов. Возникновение напряжений в отливках. Влияние теплового, химического и механического взаимодействия металла и литейной формы на возникновение дефектов в отливках: усадочных раковин, пор, трещин, недоливов, искажений формы отливок. Методы устранения дефектов.

^ Технологические основы литейного производства. Литейная форма. Классификация способов литья по материалу литейных форм, кратности их применения, способам заполнения. Литейная технологическая оснастка. Модели, модельные материалы. Литниковая система и ее разновидности. Формовка, способы ее осуществления (ручная и машинная формовка, изготовление форм на автоматических формовочных линиях и др.). Свойства, составы, методы приготовления формовочных и стержневых смесей. Песчано-глинистые и специальные формовочные смеси. Припылы и краски.

^ Способы литья. Литье в песчаные формы. Специальные способы литья: литье в кокиль, под давлением, под низким давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное, непрерывное и полунепрерывное, выжиманием, вакуумным всасыванием, намораживанием, электрошлаковое. штамповка жидких сплавов. направленная кристаллизация при изготовлении отливок. Получение монокристаллических отливок. Методы и условия получения эвтектических композиций. Получение волокнистых и пластинчатых структур эвтектических композиционных материалов на основе алюминия, магния, меди, никеля, кобальта, титана, ниобия, тантала и других материалов. Принципиальные схемы, технологические особенности и возможности способов литья. Основные виды термической обработки отливок.

^ Механизация и автоматизация литейного производства. Использование катковых, центробежных и лопастных смесителей при приготовлении формовочных смесей, автоматических линий безопочной формовки на базе пескодувно-прессового уплотнения и линий получения отливок с применением челночных автоматов, промышленных манипуляторов и роботов для съема отливок с выбивных решеток, при сборке форм, заливке металла, газовой резке отливок и т.д.

^ Особенности изготовления отливок из различных сплавов. Принципиальные особенности технологии получения качественных отливок из чугуна, низко- и высоколегированных сталей, медных, алюминиевых, титановых, магниевых и никелевых сплавов. Свойства отливок, области применения.

^ Принципы выбора способа изготовления и конструирования отливок. Составление алгоритма выбора способа изготовления отливки с учетом конструкции детали (степень сложности формы, масса, габаритные размеры), литейных свойств заданного сплава, серийности производства, требований к изделию по физико-механическим свойствам и условиям работы, а также с учетом технологических возможностей способа получения отливок требуемого качества. Правила разработки чертежа отливки и литейной формы в сборе. Расчленение сложной детали на простые технологические отливки. Использование комбинированных методов изготовления изделий (непрерывное литье и прокатка, литье и прессование и др.). Способы обеспечения качества отливок и методы его контроля. Основные технико - экономические показатели способов литья. Области применения. Проблемы экологии и техники безопасности производства.
^

4.2.9.3.Производство заготовок и деталей пластическим деформированием


Сущность процесса пластического деформирования материалов. Современный уровень, место и значение обработки материалов давлением в машиностроении.

Характеристики основных схем напряженного и деформированного состояний при различных способах обработки металлов давлением. Контактное трение и его разновидности, реализующиеся в различных способах обработки металлов давлением. Виды и характер разрушения материалов при их обработке давлением. Показатели качества заготовок и деталей, полученных пластическим деформированием.

^ Нагрев при обработке материалов давлением. Цели и способы нагрева. Выбор температурных интервалов горячей пластической деформации; термомеханические условия ее проведения. Виды нагревательных устройств и параметры, характеризующие их эффективность. Применение защитных газов.

^ Формообразование машиностроительных профилей. Сущность процессов прокатки, прессования, волочения. Инструмент и оборудование. Температурный режим обработки, схемы напряженного состояния, показатели предельной деформации. Основные группы профилей; понятие о сортаменте (согласно государственным стандартам). Особенности получения сортового проката, бесшовных и сварных труб, периодических профилей. Гнутые профили. Технологические параметры, обеспечивающие качество различных групп профилей. Разновидности листового проката. Основные технико-экономические показатели способов. Автоматизация процессов.

^ Процессы получения заготовок и деталей из полуфабрикатов обработкой давлением:

1). Разделительные процессы, их виды: резка, штамповка-вырезка, вырубка-пробивка в жестких штампах, прошивка. Особенности резки эластичными средами, импульсная резка.

2). Процессы формоизменения заготовок и деталей из листовых полуфабрикатов: гибка, гибка - формовка, штамповка - вытяжка в жестких штампах, эластичной матрицей, эластичным пуансоном, глубокая вытяжка, растяжение разжимным жестким пуансоном, эластичным пуансоном по жесткой матрице, ротационное выдавливание. Импульсные способы формоизменения, их технологические возможности (штамповка взрывом, электрогидроимпульсная штамповка, магнитно-импульсная обработка).

3). Процессы формообразования заготовок из объемных полуфабрикатов. Ковка, основные операции. Исходные заготовки. Ковка в подкладных штампах. Горячая объемная штамповка. Штамповка в открытых и закрытых штампах. Применение периодического проката и вальцованных заготовок для объемной штамповки. Холодная объемная штамповка. Схемы и сущность холодного выдавливания, высадки, объемной формовки. Инструмент и оборудование для штамповки. Процессы штамповки заготовок в условиях сверхпластичности. Специальные процессы получения заготовок пластической деформацией (накатывание зубчатых колес; раскатывание колец).

^ Основное и вспомогательное оборудование для обработки металлов давлением. Основное: молоты, прессы, кривошипные машины, ротационные машины, высокоточные автоматы. Вспомогательное: раскройное оборудование, манипуляторы, кантователи и механические руки.

^ Технико-экономические показатели процессов обработки металлов давлением. выбор способа изготовления заготовок, базирующийся на учете свойств материала, массы, габаритных размеров и группы сложности формы детали, серийности производства и технических возможностей способов. Принципы разработки чертежа поковки, штамповки. Термическая обработка заготовок, полученных пластическим деформированием. Показатели качества изделий и его контроль. Техника безопасности и охрана окружающей среды при обработке металлов давлением.
^

4.2.9.4. Формообразование поверхностей деталей резанием, электрофизическими и электрохимическими способами обработки


Кинематические и геометрические параметры процесса резания. Основные понятия и определения, применяемые для описания процессов обработки резанием. Элементы режима резания, геометрические параметры срезаемого слоя. Геометрические параметры резца. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам.

^ Физико-химические основы резания. Процессы деформирования и разрушения материалов при резании. Тепловые процессы и методы оценки температуры в зоне резания. Трение, изнашивание и стойкость инструмента при резании. Влияние технологических сред на процесс резания. Влияние геометрических параметров режущего инструмента и вибраций на процесс резания и качество обработанной поверхности.

^ Обработка лезвийным инструментом. Основные способы обработки: точение, растачивание, сверление, фрезерование, строгание. Особенности их применения при обработке типовых деталей машин. Инструмент и оборудование. Специфика обработки заготовок на станках токарной, сверлильно-расточной, фрезерной и строгально-протяжной групп. Автоматизация процессов лезвийной обработки. Особенности лезвийной обработки заготовок из различных материалов. Управление показателями качества. Способы контроля. Требования к заготовкам. Технико-экономические характеристики оборудования и процессов лезвийной обработки.

^ Обработка поверхностей деталей абразивным инструментом. Условие непрерывности и самозатачиваемости. Режим и силы резания. Основные схемы шлифования. Особенности круглого, наружного, внутреннего шлифования заготовок из различных сплавов. Технологические требования к конструкции обрабатываемых деталей при шлифовании. Методы отделочной обработки поверхностей. Автоматизация процессов и их технико-экономические характеристики.

^ Электрофизические и электрохимические методы обработки поверхностей заготовок. Сущность процессов; факторы, влияющие на эффективность электрофизических и электрохимических способов обработки. Технико-экономические характеристики процессов электроискровой, электроимпульсной, электроконтактной, ультразвуковой, светолучевой, анодно-механической обработок. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты технологических процессов.

^ Выбор способа обработки. Выбор способа или рационального сочетания способов обработки заготовок резанием, методами электрофизического и электрохимического воздействия с учетом массы, размеров и сложности формы детали, свойств ее материала, требований по качеству поверхности, серийности производства, технических возможностей и производительности оборудования, степени автоматизации процессов.
^

4.2.10. Производство неразъемных соединений


Понятие неразъемного соединения. Способы получения неразъемных соединений: сварка, пайка, склеивание, клепка.
^

4.2.10.1. Сварочное производство


Физико-химические основы получения сварного соединения. Определение понятия сварки. Свариваемость металлов и сплавов. Основные критерии свариваемости. Напряжения и деформации при сварке. Способы защиты расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой. Структура сварного соеди­нения. Сварочные источники теплоты. Классификация способов сварки по физическим и технологическим признакам. Классификация способов сварки по форме энергии, используемой для образования сварного соединения: термические, термомеханические и механические способы. Технологичность сварки. Показатели качества сварных соединений.

^ Термические способы сварки (сварка плавлением). Электродуговая сварка (ручная); автоматическая дуговая сварка под флюсом; электрошлаковая; сварка в защитных газах: аргонодуговая, сварка в углекислом газе, плазменная сварка, сварка в вакууме полым электродом; лучевые виды сварки: лазерная, световым и электронным лучом. Газовая сварка.

^ Термомеханические способы сварки. Электрическая контактная сварка: точечная, шовная, стыковая, рельефная. Конденсаторная, диффузионная сварка, сварка токами высокой частоты.

^ Механические способы сварки. Сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка, холодная сварка.

Механизация и автоматизация сварочного производства. Использование кондукторов, позиционеров, вращателей, кантователей, манипуляторов, поточных линий с частичной или комплексной механизацией и автоматизацией. Применение промышленных роботов в сварочном производстве. Технико-экономические характеристики различных способов сварки. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты производства.

^ Технологические особенности сварки различных материалов. Обеспечение свариваемости материалов металлургическими, конструктивными и технологическими способами. Особенности сварки конструкционных и инструментальных сталей, чугунов, алюминиевых, магниевых, медных, титановых и никелевых сплавов, неметаллических и композиционных материалов. Особенности и виды термической обработки сварных соединений. Дефекты сварных соединений. Выбор способа уменьшения сварочных деформаций и напряжений. Контроль качества сварных соединений, методы контроля.

^ Выбор способа сварки. выбор рационального способа сварки на основе учета свойств материала; формы, габаритных размеров и пространственного положения свариваемых заготовок; серийности производства; технологических возможностей способов сварки; требований к качеству сварного соединения. Обозначения сварных соединений на чертежах по государственным стандартам.

Специальные термические процессы. Напыление, наплавка, термические способы резки. Сущность процессов, области применения.
^

4.2.10.2. Пайка материалов


Сущность процессов пайки. Условия растекания и смачивания.

Способы пайки. Классификация способов пайки: по методу удаления оксидной пленки, по характеру кристаллизации паяного шва, по методу получения припоя, по методу заполнения зазора, по виду источника нагрева. Технико-экономическая характеристика способов пайки.

^ Особенности технологии пайки. Подготовка поверхностей под пайку, сборка деталей. Укладка припоя. Нанесение флюса. Пайка. Обработка деталей после пайки. Рекомендуемые припои и флюсы для сталей, сплавов и керамики. Дефекты паяного соединения. Требования к качеству паяного соединения, методы контроля. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты способов пайки. Принципы выбора способа пайки с учетом материала, формы и размеров соединяемых деталей, характера их взаимодействия с припоем, серийности производства, требований к качеству соединения.
^

4.2.10.3. Получение неразъемных соединений склеиванием


Физико-химические основы склеивания. Влияние состава клеев и температурно-временных режимов формирования клеевых соединений на их прочность и физико-химические свойства при комнатной и повышенной температурах. Дефекты склеивания и методы их контроля.

^ Технико-экономические характеристики клеевых соединений. Методы выбора состава клея и режима формирования соединений в зависимости от материала соединяемых деталей, условий работы и требований к прочности и свойствам соединения, серийности производства и характеристик клеев. Обеспечение техники безопасности и экологической чистоты производства. Области применения процессов склеивания.
^

5. Лабораторный практикум*




п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

4.2.3

Твердость и методы ее определения

2

4.2.3

Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на структуру и свойства металлов

3

4.2.3

Исследование превращений в сплавах методом термического анализа (построение диаграммы состояния).

4

4.2.4

Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства углеродистой стали. Микроструктуры сталей и чугунов.

5

4.2.6

Влияние термической обработки дуралюмина на его свойства

6

4.2.8

Влияние технологических факторов на механические свойства композиционных материалов

7

4.2.9

Определение жидкотекучести, линейной и объемной усадки литейных алюминиевых сплавов

8

4.2.9

Разработка технологических процессов литья в песчаную форму и керамическую, полученную по выплавляемой модели

9

4.2.9

Разработка технологического процесса получения поковки.

10

4.2.9

Разработка технологического процесса получения заготовки способом листовой штамповки.

11

4.2.9

Влияние параметров режима резания на шероховатость и

геометрические отклонения поверхности при точении.

12

4.2.9

Выбор вида и режима обработки, а также режущего инструмента с учетом геометрии и материала заготовки.

13

4.2.10

Исследование влияния способа защиты расплавленного металла при дуговой сварке на качество сварного соединения.

14

4.2.10

Исследование влияния метода сварки на механические свойства сварного соединения.

15

4.2.10

Определение смачиваемости при пайке.

16

4.2.10

Неразрушающие методы контроля деталей и их сравнительная эффективность.

*-продолжительность лабораторной работы –2ч.
^

6.Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1.Рекомендуемая литература

1). Основная литература

  1. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.: Металлургия, 2000, 2001г.г.
  2. Арзамасов Б.Н., Макарова В.Н., Мухин Г.Г. и др. Материаловедение. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001
^

2).Дополнительная литература

  1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка. –

М.: Металлургия,1993.
  1. Гольштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. –

^ М.: МИСИС, 1999.
  1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: МИСИС, 1999.
  2. Производство отливок из сплавов цветных металлов/А.В.Курдюмов, А.В,Пикунов, В.М,Чурсин и др. - М.: «МИСИС», 1996. 504 с.
  3. Миличенко С.С. и др. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 2-х т. (т. 2) - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996.
  4. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000
  5. .Абраимов Н.В., Елисеев В.С., Крымов В.В. Авиационное материаловедение и технология обработки металлов/Под ред. Н.В. Абраимова. - М.: Высшая школа, 1998. 444с.
^

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


Используются кино- и видеофильмы, компьютерные программы.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины


Термические печи, прессовое оборудование, плавильные печи, установки для литья, штамповый инструмент, сварочные установки для дуговой, контактной и специальных методов сварки, металлорежущие станки, испытательные машины, металлографические микроскопы, твердометры, осциллографы, компьютеры.
^

8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины


На основании примерной программы кафедры вузов разрабатывают рабочую учебную программу дисциплины с учетом фактического числа часов, отведенных на ее изучение. В рабочих программах кафедры предусматривается изучение тех материалов и процессов производства заготовок и деталей, которые определяются профилем подготовки бакалавров и дипломированных специалистов, выпускаемых данным ВУЗом. Исходя из этого, в рабочей программе отдельные разделы типовой программы могут быть либо усилены, либо сокращены или опущены. Допускается включение в рабочую программу отдельных дополнительных тем, не учтенных примерной программой.

Лабораторный практикум, семинарские и практические занятия должны быть нацелены на практическое изучение взаимосвязи состава, структуры и свойств материалов, видов термической и химико-термической обработок, типов разрушения материалов под нагрузкой, физико-химических и технологических особенностей процессов и оборудования, методов контроля качества, техники безопасности и обеспечения экологической чистоты производства.

Самостоятельная работа студентов (домашние задания, рефераты и др.) должны обеспечить выработку навыков самостоятельного творческого подхода к решению научно – исследовательских и технологических задач, дополнительную проработку основных положений дисциплины, приобретение навыков работы с научно-технической литературой.

Базовыми для дисциплины « Материаловедение и технология конструкционных материалов» являются курсы высшей математики, химии, физики, инженерной графики, сопротивления материалов. Из курса высшей математики используются элементы дифференциального и интегрального исчисления. Курс химии обеспечивает сведениями о типах связи в твердых телах, энергетике и кинетике химических процессов, правиле фаз, строении полимеров, теории коррозии металлов. Из курса физики используются данной дисциплиной следующие разделы: физика твердого тела, физика элементарных частиц, молекулярная физика и термодинамика, законы диффузии и теплопроводности, внутреннее трение; из курса сопротивления материалов - понятия напряженного состояния, напряжений и деформаций, сведения о механических свойствах материалов и способах их определения. Курс инженерной графики знакомит студентов с правилами проекционной связи на чертежах и методами пространственного изображения деталей.

Знания и навыки, полученные при изучении данного курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов», широко применяются студентами при изучении курсов по специальным технологиям и другим дисциплинам.

Программа рассчитана на 136 часов.

Предусматривается домашнее задание, включающее задачи по выбору наиболее рациональной технологии изготовления деталей и узлов изделий из заданного материала.

Программа составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки (специальностям) в области техники и технологии, сельского и рыбного хозяйства.


Программу составили:

Фетисов Г.П. - профессор Московского Государственного авиационного института (технического университета).

Гаврилюк В.С. - профессор Московского Государственного технического университета им. Н.Э.Баумана.

Карпман М.Г. - профессор Московского Государственного авиационного института (технического университета).

Кремнев Л.С. - профессор Московского Государственного технологического университета «Станкин».

Шашков Д.П. - профессор Московского Государственного автодорожного института (технического университета).


Программа одобрена на заседании научно-методического совета по дисциплинам «Материаловедение и технология конструкционных материалов» от 29 ноября 2000 г., протокол № 3.


Председатель НМС

«Материаловедение и технология

конструкционных материалов» Г.П. Фетисов