Цели и задачи дисциплины. Требования к результатам освоения дисциплины.

Цель дисциплины: формирование компетентности студентов в области общеинженерных знаний о свойствах конструкционных материалов, технологии их производства и обработки для получения продукции высокого качества, удовлетворяющей развитию современной техники.

Задачи, решение которых обеспечивает достижение целей:

- формирование у студентов системы теоретических знаний в области материаловедения и технологии конструкционных материалов;

- актуализация способностей студентов применять полученные по дисциплине знания при решении технических задач, связанных с экономией материалов, и получении из них изделий удовлетворяющих предъявляемых к ним требованиям в условиях эксплуатации;

- формирование у студентов способностей понимать и решать задачи научно-технического развития машиностроения;

- стимулирование у студентов к самостоятельной деятельности по освоению дисциплины и формированию необходимых компетенций.

Требования к результатам освоения дисциплины:

В результате изучения данной дисциплины студент должен

знать:

- современные способы получения материалов и изделий из них с заданным уровнем эксплуатационных свойств;

- строение и свойства материалов, сущность явлений происходящих в материалах в условиях эксплуатационных свойств;

- методы формирования и обработки заготовок для изготовления деталей заданной формы и качества, их технологические особенности.

уметь:

-оценивать и прогнозировать состояние материалов и причин отказов деталей под воздействием на них различных эксплуатационных факторов;

-выбирать рациональный способ получения заготовок исходя из заданных эксплуатационных свойств;

владеть:

-методикой выбора конструкционных материалов для изготовления машин и механизмов.

Организационно- методические данные дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зач.ед. (216 часов)

Содержание модулей дисциплины

Модуль 1 «Материаловедение»

Модульная единица 1 «Общие сведения о строение и свойства конструкционных материалов»

Типы кристаллических решёток. Типы связей в твёрдых телах. Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения. Понятие о дислокациях. Полиморфизм, анизотропия. Плавление и кристаллизация металлов. Влияние примесей и других факторов на процесс кристаллизации.

Методы изучения структуры металлов. Свойства металлов. Методы механических испытаний.

Модульная единица 2 «Основные понятия о сплавах»

Понятие о сплаве (сплав, компонент, фаза, система, структура). Закономерность существования фаз в сплаве. Понятие о ликвации. Строение и свойства сплавов: твёрдый раствор, химическое соединение, механическая смесь.

Модульная единица 3. «Диаграммы состояния сплавов»

Понятие о диаграмме состояния сплавов Методика построения диаграмм состояния двойных сплавов.

Критические точки превращения в сплавах. Диаграммы состояния сплавов, образующие неограниченные и ограниченные твёрдые растворы.

Зависимость свойств сплавов от типа диаграммы состояния.

Модульная единица 4. «Диаграмма состояния «железо-цементит»

Диаграмма состояния железо-цементит, её анализ. Фазы и структуры в сплавах железа с углеродом.

Модульная единица 5. «Чугуны»

Основные сведения о производстве чугуна.

Классификация чугунов: серый, высокопрочный и ковкий и специальные чугуны. Влияние углерода, марганца, кремния, серы и фосфора на свойства чугунов. Структура, свойства, классификация, маркировка и область применения.

Модульная единица 6. «Углеродистые стали»

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Дефекты стали. Краткая характеристика современных способов производства стали: кислородно-конверторный, электропечной. Достоинства и недостатки каждого способа, их технико-экономические показатели. Раскисление стали. Энергосберегающие технологии при производстве стали. Разливка стали и получения слитков. Классификация сталей. Углеродистые конструкционные стали, их маркировка по ГОСТу, свойства, область применения.

Модульная единица 7. «Легированные стали»

Влияние легирующих элементов на свойства сталей. Конструкционные легированные стали, их свойства, состав, маркировка по ГОСТу, применение. Инструментальные легированные стали, их состав, свойства, маркировка по ГОСТу. Мартенситно стареющие стали. Износостойкие и шарикоподшипниковые стали. Основные марки, термическая обработка и применение.

Машиностроительные углеродистые и легированные стали: цементуемые стали, улучшаемые стали, рессорно-пружинные стали. Их термообработка, структура, свойства и применение. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием

Модульная единица 8. «Сущность и виды термической обработки»

Классификация видов термической обработки. Превращения в стали при нагреве. Мелкозернистые и крупнозернистые стали. Термическая и химико-термическая обработка, структура и свойства сплавов.

Модульная единица 9. «Превращение в стали при нагреве и охлаждении»

Превращение аустенита при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Перлитное превращение. Критическая скорость охлаждения. Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита.

Модульная единица 10. «Мартеновское превращение»

Превращение при нагреве закалённой стали (отпуск стали). Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.

Модульная единица 11. «Отжиг и нормализация стали»

Отжиг первого рода и его назначение. Гомогенизация. Рекристаллизационный отжиг. Отжиг для снятия напряжений. Отжиг второго рода с фазовой перекристаллизацией. Назначение полного, неполного и изотермического отжига, нормализация сталей. Получаемые структуры и свойства.

Модульная единица 12. «Закалка и отпуск. Закаливаемость, прокаливаемость»

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.

Модульная единица 13. «Химико-термическая обработка. Поверхностная закалка»

Физические основы химико-термической обработки. Связь состава и строения слоя с диаграммой состояния «Железо – диффундирующий компонент».

Назначение и виды цементации. Стали для цементации. Механизм образования и строение цементованного слоя. Термическая обработка после цементации и свойства цементованных деталей. Области применения цементации.

Нитроцементация стали. Режимы и области использования.

Азотирование стали. Механизм образования и строение азотированного слоя. Области применения азотирования.

Цианирование стали, сульфоцианирование стали. Режимы и области применения.

Силицирование. Борирование. Диффузионная металлизация (алитирование, хромирование).

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.

Модульная единица 14. «Конструкционные стали. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами»

Требования, предъявляемые к конструкционным сталям.

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

Стали, устойчивые против коррозии (мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного и аустенитного классов). Коррозионностойкие сплавы на никелевой основе. Жаростойкие стали. Термообработка, их структура и свойства.

Жаропрочные стали. Жаропрочность, пути повышения жаропрочности.

Материалы с особыми тепловыми свойствами. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Сплавы с заданным модулем упругости. Магнитные стали и сплавы. Сплавы с эффектом «памяти формы».

Модульная единица 15. «Цветные металлы и сплавы»

Деформируемые сплавы алюминия, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Закалка и старение сплавов алюминия. Литейные сплавы алюминия. Литейные и деформируемые магниевые сплавы. Термическая обработка сплавов магния.

Сплавы меди: латуни и бронзы. Деформируемые и литейные.

Титан и его сплавы. Классификация. Термическая обработка сплавов.

Модульная единица 16. «Неметаллические материалы»

Основные группы неметаллических материалов. Органические и неорганические материалы. Виды химической связи в неметаллических материалах. Особенности свойств.

Примерные материалы, их свойства и классификация. Пластмассы: состав, свойства, получение. Поропласты и пенопласты.

Термореактивные и термопластичные пластмассы. Методы переработки пластмасс в изделия. Экономическая эффективность применения пластмасс.

Резины. Способы их формирования: каландрование, экструзия, прессование, литьё под давлением. Старение резины. Вулканизация резины.

Неорганические и органические стёкла. Способы получения.

Разновидности древесины, её свойства и области применения.

Модульная единица 17. «Порошковые материалы»

Твёрдые металлокерамические сплавы. Литые твёрдые сплавы, маркировка, применение.

Конструкционные, инструментальные порошковые материалы, материалы со специальными свойствами. Области применения.

Модульная единица 18. «Композиционные материалы»

Композиционные материалы. Преимущества и недостатки. Требования к матрицам и упрочнителям. Основные виды композиционных материалов: стеклопластики, углепластики, боропластики и др. Области применения. Получение, состав и области использования керамических материалов. Способы борьбы с хрупкостью. Технико-экономичяеская характеристика процессов получения различных типов композиционных материалов. Техника безопасности и охрана окружающей среды.

Модуль 2 «Технология конструкционных материалов»

Модульная единица 19. «Термическая сварка металлов»

Теоретические основы сварки плавлением. Классификация видов сварки. Классификация сварных соединений и швов. Контроль сварных швов

Понятия об электрической дуге. Сущность электродуговой сварки. Краткие сведения о сварочном оборудовании, на постоянном и переменном токе. Сущность газовой сварки. Газы, применяемые для сварки и резки. Сварочное пламя и его структура. Аппаратура для газовой сварки: баллоны, горелки, вентили, редукторы, ацетиленовые генераторы. Краткие сведения о технологии газовой сварки. Применение газовой сварки при ремонте деталей. Газовая резка: сущность, оборудование, технологии. Правила техники безопасности при газовой сварке и резке.

Модульная единица 20. «Термомеханическая и механическая сварка металлов»

Сущность контактной сварки и ее виды. Стыковая контактная сварка, виды, назначение. Точечная сварка, сущность, область применения. Шовная (роликовая) сварка, ее сущность, назначение.

Понятие о циклограммах стыковой, точечной и шовной сварок. Достоинства и недостатки контактной сварки.

Модульная единица 21. «Литейное производство. Общие сведения»

Назначение и сущность литейного производства. Краткие сведения о технологии получения отливок в разных формах. Модели и их назначение. Назначение стержней. Формовочные материалы и стержневые смеси.

Модульная единица 22. «Специальные методы литья»

Литниковая система и ее назначение. Технология ручной и машиной формовки. Требования, предъявляемые к литейным сплавам. Достоинства и недостатки каждого вида литья, и область их применения. Примеры литых деталей в автомобилестроение.