Методическое руководство по изучению курса «Материаловедение КГЭУ»

Описание

Оглавление
Предисловие
Введение
Руководство по изучению дисциплины
Задания к контрольной работе
Методические указания к выполнению
контрольной работы
Теоретические сведения
Механические свойства сплавов
Диаграмм состояния и микроструктур
сплавов железа с углеродом
Термическая обработка сталей
Библиографический список
Приложение

Предисловие
Особенностью заочной формы обучения является то, что основной вид
учебных занятий приходится на самостоятельную работу студентами над
учебным материалом и в соответствии с рабочими программами составляет
не менее 80% от общей трудоемкости дисциплины.
Успех освоения курса «Материаловедение» студентами заочной формы
обучения в значительной степени зависит от их ответственного отношения к
процессу обучения и систематической работы над материалом не только во
время сессии, но и в течении всего семестра. В самостоятельную работу студентов входит следующее: изучение теоретического материала, прочитанного на лекциях, изложенного в конспекте лекций, а так же по учебникам и
учебным пособиям; выполнение контрольной работы; выполнение тестов самоконтроля.
В методическом руководстве по изучению курса «Материаловедение» изложено содержание всех разделов курса; график освоения дисциплины с последовательностью изучения теоретического материала и выполнения заданий контрольной работы; задания к контрольной работе и рекомендации к их
выполнению.
Необходимо помнить, что знания, полученные при изучении курса «Материаловедение» являются важнейшим показателем образованности инженера в области техники, а так же могут быть использованы в повседневной
жизни.

Введение
Материаловедение — это прикладная наука, изучающая связи между строением (или структурой), составом и свойствами материалов. Кратко в математической форме это можно выразить следующим образом:
Свойства = f (химический состав, структура)
Структура материала весьма чутко реагирует на внешние механические,
термические и физические воздействия. Поэтому закономерности влияния
этих факторов на структуру и, в конечном счете, свойства материалов также
является предметом изучения материаловедения.
Дисциплина «Материаловедение» основывается на курсах «Физика» и
«Химия». Из курса «Химия» в материаловедении используются: основные
сведения о строении атомов, периодическая система Д. И. Менделеева; типы
связей в твердых телах; общая характеристика химических элементов и их
соединений; теория коррозии металлов; полимерные материалы.
Курс «Материаловедение» состоит из двух разделов: первый- теоретические основы материаловедения. В этом разделе изучаются свойства материалов, а также влияние на эти свойства эксплуатационных факторов; атомнокристаллическое строение металлов и сплавов; диаграммы состояния; формирование структуры и свойств при кристаллизации и пластической деформации; диаграмма железоуглеродистых сплавов; теория термической обработки.
Во втором разделе изучаются структура и свойства конкретных классов
материалов (практическое материаловедение).
Все материалы, применяемые в машиностроении, исходя из их природы,
можно разделить на следующие основные группы:
1. Металлические материалы, к которым относятся:
 сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны;
 стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.);
 цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и
сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др.
 композиционные материалы с металлической матрицей;
2. Неметаллические материалы:
 полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные
и термопластичные), резины;
 композиционные материалы с неметаллической матрицей (стеклопластики, углепластики, оргпластики и др.);
 неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика);
Кроме того, возможна классификация конструкционных материалов по
свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей конструкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими критериями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации.
В соответствии с выбранным принципом классификации все конструкционные материалы подразделяют на следующие группы:
 материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую
прочность (стали);
 материалы с особыми технологическими свойствами;
 износостойкие материалы;
 материалы с высокими упругими свойствами;
 материалы с малой плотностью;
 материалы с высокой удельной прочностью;
 материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.
Появление новых конструкционных материалов и разработка технологий
их получения являются объективной необходимостью технического и социального развития общества. Это видно из краткого перечня основных
направлений использования новых перспективных материалов:
 для информационных технологий (оптические и магнитные запоминающие системы, электронные приборы, дисплеи);
 для транспортных средств (автомобилестроение, аэрокосмическая техника, железнодорожный и водный транспорт);
 для тепло- и электроэнергетики (электростанции, системы накопления
и распределения энергии, системы хранения и транспортировки топлива, системы для возобновления энергии);
 для станкоинструментальной промышленности;
 для медицинской техники (хирургический инструмент, протезы, имплантанты);
 строительные материалы.
Возрастание требований потребителей к свойствам конструкционных материалов можно свести к следующим показателям:
 повышению удельных механических свойств (прочность, упругость и
т.п. в расчете на единицу массы или удельного веса), что должно обеспечивать снижение массы изделий и затрат на их эксплуатацию;
 повышению сопротивляемости материала воздействию рабочей среды
(температуры, агрессивности среды, радиационному излучению и т.п.);
 повышению долговечности (ресурса службы) материала и его надежности в эксплуатации.
Одним из ведущих высокотехнологических потребителей новых металлических материалов является аэрокосмический комплекс. В этом комплексе
новые материалы должны обеспечить повышение безопасности полетов,
снижение эксплуатационных расходов, в том числе снижение расхода топлива и загрязнения окружающей среды в процессе эксплуатации летательных
аппаратов.
Особенно остро стоит проблема повышения ресурса и экологической чистоты двигателей. В настоящее время в России средний ресурс двигателей
составляет около 14000 часов по сравнению с 29000 часов двигателей фирмы
«Роллс-Ройс» и 30000 часов у двигателей серии CFM-56. Двигателями CFM56 оснащены более 70% мирового парка самолетов вместимостью более 100
мест.
Ответственные задачи стоят перед мировой энергетикой. В ближайшие 20
лет мировое производство электроэнергии должно возрасти в два раза при
условии повышения экономичности ее производства и снижения вредного
воздействия на окружающую среду, что требует использования новых металлических и неметаллических материалов.
В автомобилестроении основным направлением развития является создание легких, безопасных, комфортабельных и экологически чистых в эксплуатации моделей. В США средняя масса легкового автомобиля в 1975 году составила 1800 кг, в 1990 г – 1350 кг. Специальной программой PNGV намечено довести эту величину до 750 кг, создав модели с расходом топлива 3,5
литра на 100 км. Аналогичные программы разрабатываются в Европе. Для
достижения этих целей должны широко использоваться легкие металлы (Al,
Mg, Be) и их сплавы, металлические и неметаллические композиты, керамика. На железнодорожном и водном транспорте главными целями развития
являются повышение экономичности и экологической безопасности при
снижении массы транспортных средств и повышении их энерговооруженности.
Для достижения вышеуказанных целей разрабатываются новые виды металлических и неметаллических материалов.
Особое внимание уделяется легким цветным металлам и сплавам на их
основе; материалам, имеющим мелкодисперсную и ультрамелкодисперсную
структуру, монокристаллическим, аморфным и порошковым материалам.
Такие структуры обеспечивают прочностные характеристики иногда на
порядок превышающие традиционные значения прочности и придают материалам особые технологические, физические и эксплуатационные свойства.
Материалы с такими структурами служат основой для создания различного рода композиционных материалов, деталей, полученных методами порошковой металлургии, и других деталей, обладающих специальными свойствами.
Цель курса – познание природы и свойств материалов, а так же методов
их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике.
Задача курса:
знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах при
воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и показать их влияние на свойства материалов;
установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов;
изучить теорию и практику различных способов упрочнения материалов,
обеспечивающих надежность и долговечность различных изделий;
изучить основные группы материалов, их свойства и область применения.
После изучения курса студент должен
Знать: физическую сущность явлений, происходящих в материалах в
условиях производства и эксплуатации, их взаимосвязь со свойствами;
Основные свойства, маркировку, способы обработки материалов;
Уметь – в результате анализа условий эксплуатации и производства
правильно выбирать материал, назначить его обработку в целях получения
заданной структуры и свойств;
Иметь навыки: оценить поведение материала при воздействии на них
различных эксплутационных факторов и условий производства

Библиографический список

1.Арзамасов В.Б., Черепахин А.А. Материаловедение. – М. Изд. Экзамен, 2009. – 350с.
2. Фетисов Г.П. Материаловедение и ТКМ.-М.: Высшая школа,2005.-430с.
72
3. Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы металловедения и термической обработки/ Учебное пособие. -СПб.: Политехника, 2003.-
344с.
4. Материаловедение: Лаб. Практикум для студентов /Самойлова Л.Н.,
Юрьева Г.Ю. – Красноярск: СибГАУ, 2005. – 152 с.
5. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учеб —
ное пособие / Коротких М.Т. — Спб: СГПУ, 2004. — 104с.
6. Новые материалы / под науч. ред. Ю.С. Карабасова, — М.: Мисис, 2002 — 738 с.
Интернет-ресурсы
1. Материаловедение: Образовательный ресурс
http:// www. materialscience. ru
5. Сервер ДО