Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

ü ЗНАТЬ физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации; их взаимосвязь со свойствами; основные свойства современных материалов;

ü УМЕТЬ оценить поведение материала и причины отказов деталей машин при воздействии на них различных эксплуатационных факторов; в результате анализа условий эксплуатации и производства правильно выбирать материал, назначать его обработку в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин;

ü ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ о перспективах развития материаловедения как науки.

4.2. Содержание разделов дисциплины

Введение.

· Предмет Материаловедение и технология конструкционных материалов", цели и задачи курса . Связь курса с другими изучаемыми дисциплинами. Материалы – показатели развития цивилизации. Экологические аспекты курса. История материаловедения.

Раздел 2. Атомно–кристаллическое строение реальных кристаллов

ü Агрегатное состояние и свойства материалов. Кристаллическое состояние вещества. Науки о кристаллах. Типы связи в кристаллах и свойства материалов.

ü Элементы кристаллографии: Кристаллическая решетка. Сингонии и решетки Бравэ. Кристаллографические индексы. Анизотропия кристаллов.

ü Дефекты кристаллического строения. Классификация дефектов. Точечные дефекты. Линейные дефекты: Теоретическая прочность кристалла. Краевая дислокация (КД). Винтовая дислокация (ВД). Основные свойства дислокации. Влияния дислокаций на свойства кристаллов. Дисклинации. Поверхностные дефекты (двумерные). Границы зёрен. Строение границ зерен. Малоугловые и большеугловые границы. Специальные границы. Когерентные и полукогерентные межфазные границы. Дефекты упаковки.

ü Диффузия в кристаллических телах. Основные понятия. Законы Фика. Коэффициент диффузии. Эффект Киркендала. Восходящая диффузия. Механизмы диффузии. Диффузия по границам зёрен. Раздел 3. Методы исследования материалов.

Раздел 3. Методы исследования структуры материалов.

ü Исследование кристаллов с помощью рентгеновских лучей. Методы Лауэ и Дебая-Щеррера. Дифрактометрия. Рентгенофазовый анализ. Исследование кристаллов с помощью электронов. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия. Электроннозондовый микроанализ. Автоионная микроскопия. Оптическая микроскопия. Апертура объектива и разрешающая способность микроскопа. Биологический и металлографический микроскопы. Цифровая микроскопия и количественная металлография. Подготовка образцов для микроскопии.

Раздел 4. Кристализация.

ü Термодинамика фазовых переходов, основные понятия. Кристализация чистых веществ. Образование зародышей кристаллизации, критический размер зародыша. Влияние количества центров зарождения и скорости роста на размер зерна поликристаллических материалов. Гетерогенное зарождение. Модификаторы первого и второго рода. Дендритный рост кристаллов. Рост кристаллов и строение слитка. Дефекты слитка. Усадка металла

ü Фазы в сплавах: твердые растворы замещения, внедрения и вычитания; сверхструктуры, химические соединения; фазы внедрения, электронные соединения, фазы Лавеса, s - фазы

Раздел 5. Физико-химические методы исследования фазовых превращений в сплавах.

ü Диаграммы состояния (ДС) двойных систем. Правило фаз Гиббса и правило рычага. ДС с неограниченной растворимостью компонент в жидком и твердом состояниях, с отсутствием растворимости в твердом состоянии, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с полиморфизмом компонентов, с эвтектическим, перитектическим, эвтектоидным и перитектоидным превращениями. Виды нонвариантных равновесий в ДС. Кинетика и механизмы фазовых превращений. ДС тройных систем. Правило Курнакова.

Раздел 6. Железо и его сплавы.

ü Компоненты и фазы в системе Fe – C. Метастабильная диаграмма состояния железо-цементит. Структурные составляющие в диаграмме железо-цементит, их характеристики, условия образования и свойства. Стабильная диаграмма железо - углерод. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Маркировка углеродистых сталей. Влияние легирующих элементов на свойства феррита и аустенита. Структурные классы легированных сталей в условиях равновесия. Классификация и маркировка легированных сталей. Свойства и назначение чугунов. Классификация и маркировка чугунов. Серый чугун. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун. Дефекты стального слитка. Способы повышения качества металлов.

Раздел 7. Механические свойства металлов и сплавов.

ü Стандартные механические свойства: свойства, определяемые при статическом растяжении, методы определения твердости. Механические испытания при динамических нагрузках. Ударная вязкость материалов. Свойства, определяемые при циклических нагрузках. Усталостное разрушение. Предел выносливости. Пределы ползучести и длительной прочности.

Раздел 8 Пластическая деформация.

ü Основные виды формоизменения при пластической деформации. Кристаллография пластической деформации. Изменение формы кристалла. Пластическая деформация моно- и поликристаллов. Механизмы пластической деформации. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Стадии деформационного упрочнения кристаллов. Явление наклепа. Текстура деформации. Деформация двойникованием.

ü Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Возврат и полигонизация. Первичная рекристаллизация. Собирательная и вторичная рекристаллизация. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Текстура рекристаллизации. Влияние нагрева на свойства деформированного металла. Диаграммы рекристаллизации.

Раздел 9. Фазовые превращения в сплавах железа (теория термической обработки стали).

ü Образование аустенита при нагреве стали. Рост зерна аустенита. Методы определения размера зерна аустенита. Брак при нагреве стали. Превращение аустенита при охлаждении. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Механизм перлитного превращения. Влияние степени переохлаждения аустенита на строение и свойства перлита.

ü Мартенсит, его строение и свойства. Мартенситное превращение и его особенности. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение. Промежуточное (бейнитное) превращение. Строение и свойства продуктов промежуточного превращения аустенита. Критическая скорость охлаждения и факторы, влияющие на нее. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

ü Превращения при отпуске стали. Влияние температуры, продолжительности нагрева и легирующих элементов на фазовые и структурные превращения мартенсита при отпуске. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.

Раздел 10. Технология термической обработки стали.

ü Отжиг первого рода и его назначение. Гомогенизация. Рекристаллизационный отжиг. Отжиг для снятия напряжений. Отжиг второго рода с фазовой перекристаллизацией. Назначение полного и неполного отжига стали. Изотермический отжиг. Сфероидизация. Нормализация стали.

ü Закалка стали. Выбор температуры и продолжительности нагрева под закалку. Контролируемые атмосферы. Методы и способы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Закалочные среды. Дефекты, возникающие при закалке. Обработка стали холодом. Отпуск стали. Виды и назначение отпуска.

ü Термомеханическая обработка стали. Поверхностная лазерная закалка. Старение.

Раздел11. Химико-термическая обработка (ХТО) стали.

ü Физические основы ХТО. Механизм образования и строение диффузионного слоя. Назначение и виды цементации.

ü Азотирование стали. Свойства азотированного слоя. Области применения азотирования. Нитроцементация стали. Режимы и области использования. Цианирование стали.

ü Силицирование. Борирование. Режимы процессов и области применения. Диффузионная металлизация (алитирование, хромирование). Экологические проблемы технологий ХТО.

Раздел 12. Нержавеющие стали.

ü Виды коррозии. Конструкционные коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы. Основные принципы создания коррозионностойких сталей. Общая характеристика коррозионностойких сталей. Нержавеющие стали (мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного и аустенитного классов). Коррозионностойкие сплавы на никелевой основе. Жаростойкие стали.

Материаловедение

1. Введение

Цели и задачи курса Материаловедение.

Роль материалов в современной технике. Материалы – показатели развития цивилизации.

История развития материалов. Роль отечественных ученых.

2. Атомно-кристаллическое строение реальных кристаллов.

Агрегатные состояния вещества

Кристаллическое строение твердых тел.

Науки о кристаллах.

Типы кристаллов по химической связи и свойства материалов.

Элементы кристаллографии.(Симметричная кристаллическая решетка, элементарная ячейка, сингонии, решетка Браве, кристаллографические индексы, анизотропия).

Дефекты кристаллического строения.

Классификация дефектов.

Точечные дефекты.

Линейные дефекты (дислокации, краевые, винтовые дислокации, свойства дислокации, влияние дислокаций на свойства материалов, дисклинации)

Поверхностные дефекты (границы зерен, межфазные границы, когерентные границы, некогерентные границы.)

Диффузия в реальных кристаллах (1, 2 законы Фика, коэффициенты диффузии, механизмы диффузии)

Эффект Киркендала.

Диффузия по границам зерен.

3. Методы исследования структуры материалов.

- Оптическая микроскопия. (Апертура объектива и разрешающая способность микроскопа. Биологический и металлографический микроскопы. Цифровая микроскопия и количественная металлография. Подготовка образцов для оптической микроскопии.)

- Электронная микроскопия. (Исследование кристаллов с помощью электронов. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия. Электроннозондовый микроанализ.)

- Исследование материалов с помощью рентгеновских лучей. (Методы Лауэ и Дебая-Щеррера. Дифрактометрия. Рентгенофазовый анализ.)

4. Закономерности формирования структуры материалов.

- Термодинамика фазовых переходов, основные понятия (система, компонент, фаза, правило фаз Гиббса).

- Кристаллизация чистых веществ. (Кинетика самопроизвольной (гомогенной) кристаллизации. Образование зародышей кристаллизации, критический размер зародыша. Влияние количества центров зарождения и скорости роста на размер зерна поликристаллических материалов.)

- Гетерогенное зарождение. Модификаторы первого и второго рода. Дендритный рост кристаллов. Рост кристаллов и строение слитка. Дефекты слитка. Усадка металла

- Фазы в сплавах. (Фазы в сплавах: твердые растворы замещения, внедрения и вычитания; сверхструктуры, химические соединения; фазы внедрения, электронные соединения, фазы Лавеса)

- Диаграммы состояния (ДС) двойных систем. Канода, правило концентраций и правило рычага.

Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонент в жидком и твердом состоянии.

Диаграммы состояния с эвтектикой.

Диаграммы состояния с устойчивым химическим соединением.

Диаграммы состояния с образованием ограниченных твердых растворов.

Диаграммы состояния с перитектикой.

Диаграммы состояния с синтектикой.

Диаграммы состояния при наличии полиморфизма одного из компонентов.

Диаграммы состояния с эвтектоидом.

Диаграммы состояния с перитектоидом.

- Виды нонвариантных равновесий в ДС. Некоторые сведения о кинетике и механизме фазовых превращений.

- Понятие о диаграммах состояния тройных сплавов.

- Связь между характером изменения свойств и диаграммой состояния. Правило Курнакова.

- Диаграмма состояния Fe – C. Компоненты и фазы в системе Fe – C. Метастабильная диаграмма состояния железо-цементит. Структурные составляющие в диаграмме железо-цементит, их характеристики, условия образования и свойства. Стабильная диаграмма железо - углерод. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали.

- Маркировка углеродистых сталей. Влияние легирующих элементов на свойства феррита и аустенита. Структурные классы легированных сталей в условиях равновесия. Классификация и маркировка легированных сталей.

- Свойства и назначение чугунов. Классификация и маркировка чугунов. Серый чугун. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун.

- Дефекты стального слитка. Способы повышения качества металлов.

5. Механические свойства материалов.

- Стандартные механические свойства: свойства, определяемые при статическом растяжении, (предел текучести, предел прочности, истинное сопротивление отрыву, относительное удлинение), методы определения твердости.

- Механические испытания при динамических нагрузках. Ударная вязкость материалов. Свойства, определяемые при циклических нагрузках. Усталостное разрушение. Предел выносливости. Пределы ползучести и длительной прочности.

6. Пластическая деформация.

- Основные виды формоизменения путем пластической деформации.

- Кристаллография пластической деформации. Изменение формы кристалла. Пластическая деформация моно- и поликристаллов.

- Механизмы пластической деформации. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Стадии деформационного упрочнения кристаллов. Явление наклепа. Текстура деформации. Деформация двойникованием.

- Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Возврат и полигонизация. Первичная рекристаллизация. Собирательная и вторичная рекристаллизация. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Влияние нагрева на свойства деформированного металла. Диаграммы рекристаллизации.

7. Фазовые превращения в сплавах железа (теория термической обработки стали).

- Образование аустенита при нагреве стали. Рост зерна аустенита. Брак при нагреве стали. Перегрев, пережог.

- Превращение аустенита при охлаждении.

- Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлитное превращение. Механизм перлитного превращения. Влияние степени переохлаждения аустенита на строение и свойства перлита.

- Мартенсит, его строение и свойства. Мартенситное превращение и его особенности. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.

- Промежуточное (бейнитное) превращение. Строение и свойства продуктов промежуточного превращения аустенита.

- Критическая скорость охлаждения и факторы, влияющие на нее. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

- Превращения при отпуске стали. Влияние температуры на фазовые и структурные превращения мартенсита при отпуске. Влияние температуры отпуска на механические свойства стали. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.

- Технология термической обработки стали.

- Отжиг первого рода и его назначение. Гомогенизация. Рекристаллизационный отжиг. Отжиг второго рода с фазовой перекристаллизацией. Нормализация стали.

- Закалка стали. Выбор температуры и продолжительности нагрева под закалку. Методы и способы закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Закалочные среды. Дефекты, возникающие при закалке. Обработка стали холодом. Отпуск стали. Виды и назначение отпуска.

- Термомеханическая обработка стали. Старение

- Химико-термическая обработка (ХТО) стали.

- Физические основы ХТО. Механизм образования и строение диффузионного слоя. Стали для цементации. Назначение и виды цементации.

- Азотирование стали. Свойства азотированного слоя. Области применения азотирования. Нитроцементация стали. Режимы и области использования. Цианирование стали.

Нержавеющие стали и сплавы. Способы борьбы с межкристаллитной коррозией.

⇐ Предыдущая 12