МАТЕРАЛОВЕДЕНИЕ_метод.ук
..pdf..
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
620.22(07)
M207
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания по изучению дисциплины
Челябинск
2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
620.22(07)
M207
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания по изучению дисциплины
Челябинск
2013
Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Кыштыме Кафедра технологии обработки материалов
620.22(07)
M207
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания по изучению дисциплины
Под редакцией Д.В. Ардашева
Челябинск Издательский центр ЮУрГУ
2013
УДК 620.22(076.5) М207
Одобрено учебно-методической комиссией филиала ЮУрГУ в г. Кыштыме
Рецензент докт. техн наук, проф. П.П. Переверзев
М207 Материаловедение: методические указания по изучению дисциплины/ составитель: Е.Н. Малышева, под ред. Д.В. Ардашева. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 43 с.
Методические указания содержат тематику лекционных и лабораторных занятий дисциплины «Материаловедение для студентов очной и заочной форм обучения по направлению 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». В указаниях изложено содержание дисциплины для всего периода обучения, приведены вопросы, выносимые на контрольные мероприятия, требования к оформлению контрольной работы, а также рекомендуемая литература.
УДК 620.22(076.5)
© Издательский центр ЮУрГУ, 2013
Оглавление
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. Цели и задачи дисциплины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. Место и роль дисциплины в структуре ООП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3. Требования к результатам освоения дисциплины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4. Содержание разделов дисциплины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5. Содержание лекций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6. Лабораторный практикум. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 7. Контрольная работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 8. Темы рефератов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 9. Вопросы к экзамену (зачету). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 10. Тестовые задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 11. Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3
Введение
Материаловедение относится к дисциплине, которая формирует основу инженерной подготовки технического специалиста, является одним из показателей его технической образованности. Знание и умение выбрать необходимый материал позволяет решить конструктору свой замысел по созданию продукции необходимого качества. Повышение качества изделий, рост производительности труда и конкурентоспособности потребовали создания материалов с уникальными свойствами и новых способов их обработки. Это проявляется сегодня в авиационной, космической, радиотехнической, электронной и атомной промышленности. Поэтому можно утверждать, что производственный и экономический потенциал любой страны в значительной степени определяется состоянием её материаловедческой и технологической базы, уровнем развития науки и техники.
1. Цели и задачи дисциплины
Целями освоения дисциплины (модуля) «Материаловедение» являются развитие у студентов личностных качеств, а также формирование общекультурных и профессиональных компетенций, позволяющих понять и применять на практике методику обоснованного выбораматериалов и упрочняющей обработки для конкретной детали или узла машины
Задачами освоения дисциплины (модуля) являются: приобретение системы знаний по основным группам конструкционных материалов, инструментальных сталей и сплавов, сталей с особыми свойствами, а также аргументированный выбор материалов и упрочняющей обработки для повышения долговечности и увеличения работоспособности технологических деталей, применяемых в машиностроении.
Изучение дисциплины позволит бакалавру решать следующие задачи:
впроектно-конструкторской деятельности:
выбор материалов и оборудования и других средств технологического оснащения и автоматизации для реализации производственных и технологических процессов;
участие в организации эффективного контроля качества материалов, технологических процессов, готовой машиностроительной продукции.
внаучно-исследовательской деятельности:
изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта в области разработки, эксплуатации, реорганизации машиностроительных производств.
4
2. Место и роль дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Материаловедение» относится к циклу Б3 (профессиональный цикл базовая часть)
Перед изучением дисциплины к студенту предъявляются следующие требования:
знать:
основные физические свойства жидкостей и газов, законы их кинематики, статики и динамики, силы действующие в жидкостях, гидромеханические процессы, гидравлическое оборудование, схемы применения численных методов и их реализацию на ЭВМ;
области применения различных современных материалов для изготовления продукции, их состав, структуру, свойства, способы обработки;
физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации изделий из них под воздействием внешних факторов (нагрева, охлаждения, давления и т.д.), их влияние на структуру, а структуры – на свойства современных металлических и неметаллических материалов;
основные виды изнашивания и методы борьбы с ними;
уметь:
выбирать материалы, оценивать и прогнозировать поведение материала
ипричин отказов продукции под воздействием на них различных эксплуатационных факторов; назначать соответствующую обработку для получения заданных структур и свойств, обеспечивающих надежность продукции;
выбирать способы восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся поверхностей деталей;
владеть:
навыками выбора материалов и назначения их обработки.
Данная дисциплина является предшествующей для таких дисциплин как «Детали машин и основы конструирования», «Технологические процессы в машиностроении», «Основы технологии машиностроения», «Технология машиностроения».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
в проектно-конструкторской деятельности:
способен выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления изделий машиностроения, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их математических моделей (ПК-2);
5
в производственно-технологической деятельности:
способен выбирать материалы и оборудование и другие средства технологического оснащения и автоматизации для реализации производственных
итехнологических процессов (ПК-23);
способен принимать участие в оценке уровня брака машиностроительной продукции и анализе причин его возникновения, разработка мероприятий по его предупреждению и устранению (ПК-30).
Врезультате освоения дисциплины студент должен:
знать:
области применения различных современных материалов для изготовления продукции, их состав, структуру, свойства, способы обработки (ПК- 2);
физическую сущность явлений происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации изделий из них под действием внешних факторов (нагрева, охлаждения, давления и т.п.), их влияние на структур, а структуры – на свойства современных металлических и неметаллических материалов (ПК-30);
основные виды изнашивания и методы борьбы с ними (ПК-30);
уметь:
формулировать служебное назначение изделий машиностроения, определять требования к их качеству, выбирать материалы для их изготовления, способы получения заготовок, средства технологического оснащения при разных методах обработки, технологии обработки и сборки (ПК-23);
выбирать материалы, оценивать и прогнозировать поведение материала
ипричин отказов продукции под воздействием на них различных эксплуатационных факторов; назначать соответствующую обработку для получения заданных структур и свойств, обеспечивающих надежность продукции
(ПК-2);
выбирать способы восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся поверхностей деталей (ПК-30);
владеть:
навыками выбора материалов и назначения их обработки (ПК-2);
навыками измерения износа, твердости и шероховатости поверхностей
(ПК-30);
6
|
4. Содержание разделов дисциплины |
|
|
|
|||||
|
Содержание разделов дисциплины приведено в таблице 1 |
|
Таблица 1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Наименование раздела |
|
|
Содержание раздела |
|
|
|||
п/п |
дисциплины |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Строение металлов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Атомно-кристаллическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структура металлов. |
Основные методы исследования структуры, макро- и |
|||||||
|
Кристаллическое |
микроструктурный анализы. Понятие о кристаллическом |
|||||||
1 |
строение металлов. |
строении металлов, типы решеток: ОЦК, ГЦК и ГПУ. |
|||||||
|
Кристаллические решетки |
Строение реальных кристаллов. Влияние их на свойства |
|||||||
|
металлов. Реальное |
металлов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
строение металлических |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кристаллов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Диффузионные процессы |
Диффузионные процессы в металле. |
|
|
|
||||
в металле. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Формирование структуры |
Энергетические |
условия |
процесса |
кристаллизации. |
||||
3 |
Механизм |
процесса |
кристаллизации. |
Форма |
|||||
металлов и сплавов при |
|||||||||
кристаллических |
образований. |
Строение |
слитка. |
||||||
|
кристаллизации. |
||||||||
|
Вторичная кристаллизация. Получение монокристаллов. |
||||||||
|
|
||||||||
|
Деформация и |
Упругая деформация. Основные характеристики металлов. |
|||||||
|
разрушение. Влияние |
||||||||
4 |
нагрева на структуру и |
Пластическая |
деформация. |
Возврат, рекристаллизация. |
|||||
свойства |
Влияние отжига на структуру и свойства деформируемого |
||||||||
|
|||||||||
|
деформированного |
металла. Разрушение металлов. Виды разрушения. |
|||||||
|
металла. |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Механические свойства |
Механические свойства металлов и сплавов. |
|
||||||
металлов и сплавов. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Теория сплавов. Основные понятия: система, фаза, |
|||||||
|
|
компоненты. Твердые растворы (замещения и внедрения). |
|||||||
|
|
Промежуточные фазы. Диаграммы состояния двойных |
|||||||
6 |
Железо и его сплавы. |
сплавов с полной растворимостью компонентов в сухом и |
|||||||
|
|
твердом состояниях. Определение химического состава и |
|||||||
|
|
количества фаз, находящихся в равновесии по правилу |
|||||||
|
|
отрезков. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаграмма железо- |
Фазы железоуглеродистых |
сплавов, |
их |
свойства. |
||||
7 |
цементит: фазы, |
||||||||
структурные |
Диаграмма состояния железо-углерод и железо-графит.. |
||||||||
|
|||||||||
|
составляющие. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кристаллизация и формирование структуры серых и |
|||||||
|
|
белых чугунов. Примеси в чугунах. Классификация |
|||||||
8 |
Чугуны. |
чугунов по форме графитных включений и строения |
|||||||
|
|
металлической основы. Серый, ковкий, высокопрочный |
|||||||
|
|
чугун. Получение, свойства, маркировка. |
|
|
7
Продолжение таблицы 1
|
|
Основные теории термообработки сталей. Критические |
|||||||||||
|
|
точки сталей. Превращение перлита в аустенит. Рост зерна |
|||||||||||
|
|
аустенита при нагреве. Влияние величины зерна на |
|||||||||||
|
|
свойства стали. Превращение стали при охлаждении. |
|||||||||||
|
|
Виды |
превращений |
(изотермическое, |
перлитное, |
||||||||
|
Технология термической |
промежуточное, мартенситное). Распад переохлажденного |
|||||||||||
|
обработки. Отжиг. |
аустенита |
при |
непрерывном |
охлаждении. |
|
Верхняя |
||||||
|
критическая |
скорость при закалке |
и факторы на |
неё |
|||||||||
|
Нормализация. Закалка |
||||||||||||
9 |
влияющие. |
Превращение при нагреве закаленной стали. |
|||||||||||
стали. Поверхностное |
|||||||||||||
|
Строение |
|
и |
свойства |
структур |
отпуска. |
|
Влияние |
|||||
|
упрочнение. Отпуск |
|
|
||||||||||
|
легирующих элементов. Отжиг сталей. Виды отжига (1 и |
||||||||||||
|
стали. Старение. |
||||||||||||
|
2-ого рода). Закалка. Выбор температуры. Внутренние |
||||||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
напряжения при закалке. Охлаждающие среды. Виды |
|||||||||||
|
|
закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали. |
|||||||||||
|
|
Факторы на них влияющие. Влияние прокаливаемости на |
|||||||||||
|
|
свойства стали. Отпуск стали. Виды отпуска (НТО, СТО, |
|||||||||||
|
|
ВТО). Влияние отпуска на свойства стали. |
|
|
|
||||||||
|
Химико-термическая |
Термохимическая обработка сталей. (ТМО). Сущность, |
|||||||||||
|
обработка стали. |
виды, влияние на свойства сталей. Поверхностное |
|||||||||||
10 |
Цементация. |
упрочнение сталей. Химико-термическая обработка стали |
|||||||||||
|
Азотирование. |
(ХТО). Цементация, азотирование, цианирование и |
|||||||||||
|
Нитроцементация. |
нитроцементация сталей. |
|
|
|
|
|
|
|||||
11 |
Диффузионная |
Диффузионная металлизация. |
|
|
|
|
|
||||||
металлизация. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Низкоуглеродистые стали: состав термообработка, |
|||||||||||
12 |
Конструкционные стали. |
свойства, применение. Среднеуглеродистые стали. |
|||||||||||
|
|
Жаростойкость и жаропрочность сталей. |
|
|
|
||||||||
|
|
Требования к инструментальным сталям. Стали для |
|||||||||||
13 |
Инструментальные стали. |
режущего инструмента, не обладающие теплостойкостью, |
|||||||||||
их термообработка и свойства. Быстрорежущие стали. |
|||||||||||||
|
|
Стали для штампов и для измерительного инструмента. |
|
||||||||||
|
|
Коррозиестойкие стали. Кислотостойкие сплавы и стали. |
|||||||||||
14 |
Стали с особыми |
Коррозиестойкие |
чугуны. |
Жаропрочные |
стали. |
||||||||
свойствами. |
Жаропрочные стали на основе никеля и тугоплавких |
||||||||||||
|
|||||||||||||
|
|
металлов. Жаростойкие стали. |
|
|
|
|
|
||||||
15 |
Нержавеющие стали и |
Нержавеющие стали и сплавы. |
|
|
|
|
|
||||||
сплавы. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Износостойкие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
материалы. Понятие |
Износостойкие материалы. Понятие износа. |
|
|
|
||||||||
|
износа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика алюминия. Классификация сплавов |
|||||||||||
|
|
алюминия. Термообработка алюминиевых сплавов. |
|||||||||||
|
Цветные металлы и |
Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые |
и |
||||||||||
17 |
неупрочняемые |
термообработкой. |
|
Литейные |
|||||||||
сплавы .Медь и ее сплавы. |
|
||||||||||||
алюминиевые сплавы. Спеченные алюминиевые сплавы. |
|||||||||||||
|
Алюминий и его сплавы. |
Алюминиевые подшипниковые сплавы. Свойства меди. |
|||||||||||
|
|
Медные сплавы. Латуни. Бронзы. Медно-никелевые |
|||||||||||
|
|
сплавы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8