Компетенции студента, формируемые в результате освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины «Материаловедение» направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению подготовки.

Общекультурные компетенции (ОК):

ОК-14. Имеет целостное представление о картине мира, ее научных основах;

ОК-16. Способен выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессионально-педагогической деятельности;

ОК-17. Готов использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессионально-педагогической деятельности.

ОК-19. Владеет технологией научного исследования.

Профессиональные компетенции (ПК):

ПК-20. Готов к конструированию содержанию учебного материала по общепрофессиональной и специальной подготовке рабочих;

ПК-31. способен использовать передовые отраслевые технологии в процессе обучения рабочей профессии (специальности).

Профильно-специализированные компетенции (ПСК):

ПСК-1. Готов участвовать в разработке и реализации проектирования технологических процессов сборки и сварки металлоконструкций в процессе обучения рабочего (специалиста) в области сварочного производства соответствующего квалификационного уровня.

ПСК-6. Готов к работе с научно-технической информацией в области машиностроения при осуществлении проектирования и модернизации сварочных учебно-производственных мастерских в процессе обучения рабочего (специалиста) соответствующего квалификационного уровня.

По окончании изучения курса студент должен:

Знать:

- Строение чистых металлов; Основные методы исследования строения металлов и сплавов;

- Основы теории кристаллизации металла;

- Пластическую деформацию и разрушение металлов и сплавов;

- Железо и его сплавы, их строение и фазовые и структурные составляющие

- Технологию термической обработки сталей и сплавов;

- Основные машиностроительные материалы, классификация и маркировка.

Уметь:

- оценивать влияние различных структур и составов сплавов на их механические и технологические свойства;

- осуществлять выбор металлических материалов под проектируемые свойства металлических конструкций;

- применять металлические сплавы для изготовления сварных узлов и деталей,

Владеть:

- современными методами исследования основных свойств металлических сплавов;

- технологиями закалки и отпуска сталей;

- методами оценки пластической деформации и разрушения металлов и сплавов.

4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Таблица 1

Вид учебной работы	Очная форма обучения	Заочная форма обучения с полным сроком
2-й семестр	3-й семестр	3-й семестр	4-й семестр
Общая трудоемкость дисциплины	3(108)	3(108)	3(108)	3(108)
Аудиторные занятия
лекции				-
практические занятия
семинарские занятия	-	-	-	-
лабораторные работы			-
другие виды аудиторных занятий	-	-	-	-
Самостоятельная работа
изучение теоретического курса
реферат		-
домашние задания
подготовка к экзамену	-		-
подготовка к зачету		-		-
Вид промежуточного контроля	зачет	экзамен	зачет	экзамен

4.2. Содержание и тематическое планирование дисциплины

Таблица 2

№ п/п	Разделы учебной дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной деятельности и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Лекции	Практические занятия	Лабораторные занятия	СРС	Консультации
1.	Введение		1,2			-		Еженед.	Собесед. – 2; Участие в практ. занятии – 2.
2.	Строение и свойства чистых металлов и основные методы исследования строения металлов и сплавов		3,4		-			Еженед.	Собесед. – 3; Участие в лаб. занятии – 4.
3.	Основы теории кристаллизации		5,6			-		Еженед.	Собесед. – 5; Участие в практ. занятии – 6.
4.	Металлические сплавы, их строение и свойства		7,8		-			Еженед.	Собесед. – 7; Участие в лаб. занятии – 8.
5.	Пластическая деформация и разрушение металлов и сплавов		9,10,			-		Еженед.	Собесед. – 9; Участие в практ. занятии – 10.
6.	Железо и его сплавы, их строение и фазовые и структурные составляющие		11,12		-			Еженед.	Собесед. – 11; Участие в лаб. занятии – 12.
7.	Элементы теории термической обработки сталей и сплавов		13,14,			-		Еженед.	Собесед. – 13; Участие в практ. занятии – 14.
8.	Технология термической обработки сталей и сплавов		15, 16		-			Еженед.	Собесед. – 15; Участие в лаб. занятии – 16.
9.	Технология химико-термической обработки сталей и сплавов		17, 18			-		Еженед.	Собесед. – 17; Участие в практ. занятии – 18.
10.	Основные машиностроительные материалы, классификация и маркировка		19,20		-			Еженед.	Собесед. – 19; Участие в лаб. занятии – 20.
11.	Подготовка к зачету
Итого за 2 семестр						Зачет		Еженед.
						Еженед.
12.	Строительные стали		1, 2			-		Еженед.	Собесед. – 1; Участие в практ. занятии – 2.
13.	Машиностроительные стали		3,4			-		Еженед.	Собесед. – 3; Участие в практ. занятии – 4.
14.	Конструкционные стали специального назначения		5,6					Еженед.	Собесед. – 5; Участие в практ.и лаб. занятии –6;
15.	Инструментальные стали и сплавы		7,8			-		Еженед.	Собесед. – 7; Участие в практ. занятии – 8;
16.	Чугуны, классификация и назначение		9,10					Еженед.	Собесед. – 9; Участие в практ.и лаб. занятии – 10.
17.	Сплавы цветных металлов		11, 12			-		Еженед.	Собесед. – 11; Участие в практ. занятии – 12.
18.	Композиционные материалы		13,14					Еженед.	Собесед. – 13; Участие в практ. и лаб. занятии – 14.
19.	Конструкционные материалы на органической и неорганической основах					-		Еженед.	Собесед. – 14; Участие в практ.и лаб. занятии – 15.
	Подготовка к экзамену								Еженед.
Итого за 3 семестр						Экзамен		Еженед.
Всего за курс

4.3. Содержание дисциплины

Введение

Исторические сведения о значении металловедения и термической обработки в совершенствовании сварочного производства. Роль отечест­венных и иностранных ученых в становлении и развитии металловедения и термической обработки как области науки итехнологии. Значение метал­ловедения и термической обработки в решении вопросов повышения на­дежности и долговечности сварных соединений при создании современной техники.

Строение и свойства чистых металлов и основные методы исследования строения металлов и сплавов

Металлы и их физико-механические свойства. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток. Пе­риод, базис, координационное число решетки. Кристаллографическое обо­значение атомных плоскостей и направлений. Типы химических межатом­ных связей в твердых телах. Металлическое состояние твердых тел. Иде­альные кристаллы. Строение реальных кристаллов. Точечные, линейные и поверхностные дефекты атомно-кристаллического строения. Дислокации краевые (линейные), винтовые, смешанные. Мозаичная структура зерен кристаллизации. Модифицирование. Влияние условий кристаллизации на величину и форму первичных зерен металлов. Кинетика кристаллизации. Строение и дефекты металлического слитка.

Основы теории кристаллизации металла

Процессы зарождения и роста кристаллов. Явление термического переохлаждения, влияние переохлаждения на критический размер заро­дышей. Влияние примесей на процесс кристаллизации чистых металлов. Концентрационное переохлаждение сплавов. Модифицирование. Влияние условий кристаллизации на величину и форму первичных зерен металлов. Кинетика кристаллизации. Дендритный механизм роста кристаллов. Строение и структурные дефекты металлического слитка.

Кристаллизация металла сварного шва. Особенности кристаллизации сварочной ванны.

Химическаянеоднородность металла шва. Условия возникновения химической неоднородности. Зависимость химической неоднородности от скорости охлаждения. Влияние легирования металла на химическую неод­нородность кристаллов.

Возникновение напряженного состояния в завершающей стадии кри­сталлизации шва. Горячие трещины и основные причины их возникнове­ния. Отрицательная роль примесей (Р, S и др.) в склонности металла шва к образованию горячих трещин.

Металлические сплавы, их строение и свойства

Основные понятия: металлический сплав, компонент, фаза.

Понятие о растворах. Основы теории растворов. Твердые растворы: Растворы внедрения, замещения и вычитания.

Правило фаз Гиббса. Характеристика основных фаз в металлургических сплавах: твердых растворов, химических соединений и промежуточных фаз. Диа­граммы состояния двойных сплавов. Методы геометрического построения диаграмм. Правило рычага. Диаграммы состояния двойных сплавов. Опи­сание по диаграммам протекающих в сплавах фазовых превращений при нагреве и охлаждении.

Пластическая деформация и разрушение металлов и сплавов

Напряжение и деформация в металлах. Упругая деформация. Пла­стическая деформация монокристалла и поликристаллического металла. Механизмы пластической деформации: скольжение и двойникование. Ос­новы теории дислокаций. Влияние дислокаций на прочность металлов. Диаграмма прочности в зависимости от плотности дислокаций. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла. Наклеп. Внут­ренние напряжения I и II рода. Искажения структуры Ш рода. Текстура деформации. Релаксация напряжений.

Изменение структуры и механических свойств при нагреве холодно-деформированного (наклепанного) металла. Явление возврата: отдых, по-лигонизация. Первичная рекристаллизация. Механизм рекристаллизации. Температура рекристаллизации.

Собирательная рекристаллизация. Факторы, усиливающие ее разви­тие. Размер рекристаллизационного зерна. Критическая степень деформа­ции. Понятие о холодной и пластической деформации. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства металла.

Железо и его сплавы, их строение и фазовые и структурные составляющие

Железо, его строение и свойства.

Железоуглеродистые сплавы, их строение, структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

Диаграммы состояния для сплавов, компоненты которых испытыва­ют полиморфные превращения.

Основные фазы в системе Fe-Fe₃C. Диаграмма состояния системы Fe-Fe₃C (цементит). Фазовые превращения в различных сплавах системы Fe- Fe₃C при охлаждении и нагреве.

Элементы теории термической обработки сталей и сплавов

Основы теории термической обработки. Виды термической обработки стали. Фазовые превращения при на­греве. Особенности образования аустенита. Влияние скорости нагрева на процесс образования аустенита.

Зерно аустенита. Рост зерна аустенита. Влияние величины зерна ау­стенита на технологические и механические свойства стали. Влияние леги­рования на рост зерен аустенита в сварочном термическом цикле. Перегрев и пережог.

Фазовое превращение аустенита при охлаждении металла. Устойчи­вость метастабильного аустенита. Диаграмма изотермического распада ау­стенита. Перлитное превращение. Продукты перлитного распада аустенита и их свойства. Промежуточное превращение. Влияние легирования на изо­термический распад переохлажденного аустенита.

Мартенситное превращение и его особенности. Механизм и кинети­ка мартенситного превращения. Строение кристаллов мартенсита. Крити­ческая скорость охлаждения (закалки). Факторы, влияющие на нее. Влия­ние легирования на мартенситное превращение. Характер фазовых пре­вращений при непрерывном и медленном охлаждении стали.

Превращения при отпуске закаленной стали. Влияние температуры отпуска на изменение свойств стали. Влияние легирования на превраще­ния при отпуске. Структура отпущенной стали. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость. Явление старения стали.

Технология термической обработки сталей и сплавов

Отжиг стали. Виды отжига и их значение. Влияние отжига на струк­туру и механические свойства. Нормализация стали. Влияние нормализа­ции на структуру и механические свойства стали.

Закалка стали. Назначение закалки. Выбор температуры для закалки. Методы закалки, закалочные среды. Обработка холодом. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Факторы, влияющие на прокаливаемость и закаливаемость сталей. Закалочные напряжения. Брак изделий, обусловленный ошибками в выборе режимов.

Отпуск стали. Классификация видов отпуска по температуре нагре­ва. Назначение и температурные режимы низкого, среднего и высокого от­пуска. Влияние закалки и отпуска на механические свойства стали. Улуч­шение свойств стали. Технология термомеханической обработки стали.

Технология химико-термической обработки сталей и сплавов

Механизмы химико-термического обогащения поверхности изделий элементами из внешней среды. Адсорбция. Диффузия. Основные законо­мерности диффузионных процессов в газе и твердом теле. Диффузионные процессы при сварке.

Цементация. Назначение цементации. Влияние легирующих элемен­тов на цементуемость. Цементуемые стали. Термическая обработка цемен­туемых сталей.

Азотирование. Назначение и технология азотирования. Свойства азотированного слоя. Режимы процесса.

Процесс нитроцементации. Режимы. Структура и свойства металла после нитроцементации. Термическая обработка нитроцементуемой стали.

Борирование. Насыщение поверхностных слоев стальных изделий металлами: алитирование, хромирование, силицирование и т.д.

Основные машиностроительные материалы, классификация и маркировка

Классификация сталей: по химическому составу, по технологии получения, по раскисленности.

Маркировка сталей. Обозначение элементов, легирующих стали.

Строительные стали

Требования, предъявляемые к строительным сталям. ГОСТ на стали. Маркировка сталей.

Улучшаемые конструкционные стали. Требования к сталям. Свойст­ва и термическая обработка улучшаемых сталей. Технологические особен­ности свариваемости этих сталей и термообработка сварных соединений.

Машиностроительные стали

Углеродистые стали обычного качества. Качественные углеродистые стали. Свариваемость стали.

Легированные конструкционные стали. Их классификация. Низколе­гированные стали.

Цементуемые конструкционные стали. Требования, предъявляемые к цементуемым сталям.

Конструкционные стали специального назначения

Пружинные стали. Износостойкие стали. Мартенситностареющие стали. Хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Окалиностойкие стали. Жаропрочные стали и сплавы. Теплоустойчивые стали.

Инструментальные стали и сплавы

Классификация, маркировка инструментальных сталей. Свойства ин­струментальных сталей. Требования, предъявляемые к инструментальным сталям. Стали для режущих инструментов. Штамповые стали. Стали для измерительных инструментов. Твердые сплавы. Способы нанесения уп­рочняющих покрытий и их термическая обработка.

Твердые сплавы

Быстрорежущие стали, их свойства, состав, основные характеристики, маркировка.

Баббиты, свойства, строение, маркировка.

Чугуны, классификация и назначение

Диаграмма состояния системы «железо-графит». Серые чугуны. Процесс графитизации. Структурные формы графита. Классификация чу­гунов по структурной форме графита и строению металлической матрицы серых чугунов. Влияние С, Si, Ми, S, Р и легирующих элементов на про­цесс графитизации чугуна.

Свойства и маркировка серых чугунов. Модифицирование чугуна. Высокопрочные чугуны, их состав, свойства, маркировка. Применение чу­гунов в создании машиностроительных конструкций.

Сплавы цветных металлов

Медь и ее сплавы. Алюминий и его сплавы. Антифрикционные сплавы на основе меди и алюминия.

Композиционные материалы

Композиционные материалы с металлической матрицей. Материалы с неметаллической матрицей.

Конструкционные материалы на органической и неорганической основах

Пластические массы. Термопласты на основе термореактивных смол.

Классификация пластмасс. Реактопласты. Пластмассы с волокнистым и слоистым наполнителем. Теплозвукоизоляционные материалы.