МУСРСМВ. Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения
 Скачать 1.16 Mb.
|
 Рис. 3. «Химический треугольник (ХТ)» – как единая система химических связей и соединений (СХСС), веществ, металлических и неметаллических материалов на их основе (Сироткин О. С., 1992 г.) Таблица 2 Левая сторона ХТ – СХСС в виде периодической системы гомоядерных химических связей элементов и основных типов исходных металлических и неметаллических соединений и материалов их основе (Сироткин О. С. и др.)  При этом тонкий электронно-ядерный (химический) уровень организации материала это та реальная практическая основа, на которой строится вся остальная структурная иерархия в соответствующем материале. В результате именно тип химической связи элементов (ядер или атомных остовов) тонкой структуры материала и определяет возможность их разделения на металлы и неметаллы с соответствующим комплексом индивидуальных физических, механических и других свойств отличающих эти материалы друг от друга (плотность, теплопроводность, электропроводность и т.д.). Именно подобный подход и позволяет раскрыть особенности материаловедения как самостоятельной науки и учебной дисциплины профессионального цикла о единстве природы металлических и неметаллических материалов и их отличиях в структуре и свойствах. Изучение дисциплины в целом позволяет студентам приобрести знания о природе и свойствах материалов для наиболее эффективного их использования в технике и различных областях промышленности. 2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы или 108 часов, из которых 12 часов приходится на контактную работу обучающегося с преподавателем в виде занятий (4 часа лекционных и 8 часов лабораторных), 96 часов на самостоятельную работу обучающегося. 3. ВЫПИСКА ИЗ УЧЕБНЫХ ПЛАНОВ НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ 12.03.01. Приборостроение, 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника», 13.03.03. Энергетическое машиностроение, 16.03.01 Техническая физика, 20.03.01. Техносферная безопасность
15.03.04. Автоматизация технологических процессов и производств
4. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ Раздел 1. Введение. Характеристика объекта и предмета материаловедения, проблемы и перспективы развития. Общетеоретические и инновационные основы материаловедения, раскрывающие единство природы и различие в структуре и свойствах металлических и неметаллических материалов, применяемых в различных областях промышленности, в том числе, теплоэнергетике, энергомашиностроении, приборостроении, технической физике и др. и формирующие специфику его предмета. Материя, поле, вещество и материал. Система базовых (основных и производных) понятий дисциплины, их формулировки. Строение и общая характеристика основных уровней структурной организации в металлах и неметаллах (определяющие появление молекулы, фаз, кристаллической или аморфной структуры и соответствующих физико-химических и механических свойств и т. д.). Единая модель химической связи элементов тонкого электронно-ядерного уровня микроструктуры материала, ее характеристики и влияние на специфические свойства металлов и неметаллов. Межмолекулярное взаимодействие. Система химических связей и соединений (СХСС), базовых гомо- и гетероядерных металлических и неметаллических веществ в виде «Химического треугольника – ХТ» и её практическое использование для оценки и конструирования структуры и свойств металлических и неметаллических материалов, включая оценку агрегатного состояния, склонности к кристаллизации или образованию аморфных структур, к проявлению электропроводящих, полупроводниковых или диэлектрических свойств, оценки ряда механических и других эксплуатационных характеристик. Общие требования, предъявляемые к материалам. Признаки классификации и типы материалов (металлические: металлы и сплавы; неметаллические: полимеры, керамика и композиты). Основные разделы материаловедения (теоретического и прикладного). Раздел 2. Металловедение. 2.1. Характеристика и история становления. Металлы. Определения металлов. История познания металлов человеком и развития металлических материалов. Классификация металлов и основные группы (черные и цветные). Расположение гомоядерных металлических соединений в периодической системе Д.И. Менделеева. 2.2. Кристаллическое строение металлов: металлическая связь, типы кристаллических решеток (сингония), период решетки, координационное число, индексы направлений и плоскостей (Миллера), анизотропия свойств кристаллов, полиморфизм.Строение реальных кристаллов: виды [точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные) и объемные (трехмерные)] дефекты кристаллических решеток. 2.3. Агрегатные состояния веществ. Фазы и фазовые превращения. Основные положения процесса кристаллизации металлов и сплавов. Механизм и факторы, влияющие на образование и форму кристаллов, графическое описание процессов кристаллизации, например кривые охлаждения. Дендритное строение кристаллов, слоистая (зонная) структура слитков металлических материалов. Влияние формы кристаллов на служебные характеристики металлических материалов. 2.4. Диффузионные процессы в металлах и сплавах, пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металлического материала, механические свойства металлов и сплавов (прочность, пластичность, жесткость, вязкость, твердость и др.). Диаграммы истинных напряжений при деформации и растяжении металлических материалов. Методы испытаний материалов для определения характеристик (пределы прочности, упругости, относительное удлинение, сужение и др.) механических свойств. 2.5. Основы теории сплавов. Внутреннее строение и свойства структурных составляющих сплавов: механических смесей, твердых растворов и химических соединений. Диаграммы состояния сплавов. Правило фаз Гиббса. Термографический метод построения диаграмм. Типы диаграмм в зависимости от степени растворения компонентов сплавов в жидком и твердом состояниях (неограниченная растворимость в обоих состояниях, неограниченная растворимость в жидком, но ограниченная растворимость в твердом состоянии, неограниченная растворимость в жидком состоянии, но отсутствие растворимости в твердом) и вида сформировавшихся структур (механические смеси, твердые растворы и химические соединения) и соответствующие им кривые охлаждения. Линии ликвидуса и солидуса. Анализ диаграмм состояния (правило отрезков). Диаграммы состав – свойство, правило Н.С. Курнакова. 2.6. Железоуглеродистые сплавы. Структурные составляющие системы железо-углерод: однофазные (железо, углерод, аустенит, феррит и цементит) и двухфазные (перлит и ледебурит) в зависимости от температуры. Их состав, структура и свойства. Диаграмма состояния железо – углерод (метастабильное равновесие). Варианты, линии и точки диаграммы. Анализ диаграммы, классификация и построение кривых охлаждения железоуглеродистых сплавов по диаграмме. 2.7. Теория и технология термической обработки стали. Цели и задачи термической обработки (ТО). Режимы (температура нагрева, продолжительность процесса, скорость охлаждения) и основные виды термической обработки, (отжиг I рода; отжиг II рода - нормализация; закалка; отпуск или старение, термограммы – схемы режимов ТО). Характеристика каждого типа. Основные превращения в сталях в процессах термообработки при нагреве (ферритно-перлитных, перлитных и перлитно-цементитных структур в аустенит) и охлаждении (диффузионные изотермические аустенитно-перлитные с различной скоростью; бездиффузионное в мартенсит при остывании аустенита со скоростью выше критической в процессе закалки; в мартенсите при отпуске). Связь термической обработки с диаграммой состояния сплавов. Диаграммы изотермического превращения аустенита в сталях. Химико-термическая обработка (ХТО). Цели, задачи, основные виды ХТО (цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование и диффузионная металлизация). Характеристика каждого типа (режимы и способы осуществления). Термомеханическая обработка (цели, задачи, основные виды). Раздел 3. Материалы, применяемые в технике и различных отраслях промышленности. 3.1. Общие положения. Признаки, принципы классификации и основные типы материалов. Конструкционные (определения, состав, виды) и их конкурентное сравнение с точки зрения эффективности применения. Функциональные [в том числе, определения, отношение к электрическим (проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические) и магнитным полям (магнитомягкие и магнитотвердые)]. Контакты, припои и термопары, сверх- и криопроводники: определения, состав, способы получения, структура. 3.2. Металлические материалы: 3.2.1. На основе черных металлов: железо, стали, чугуны, ферросплавы, системы Fe с другими металлами: состав, структура, свойства, классификация, маркировка, в т.ч. жаропрочные, износостойкие, инструментальные, штамповочные и др. железоуглеродистые сплавы: свойства и применение. 3.2.2. Из цветных металлов: серебро Ag, медь Cu, золото Au, алюминий Al, вольфрам W, молибден Mo, никель Ni, кобальт Co, хром Cr, титан Ti, кремний Si, германий Ge, олово Sn, сурьма Sb, висмут Bi, селен Se, теллур Te, бериллий Be, магний Mg, радий Ra, цинк Zn, кадмий Cd, ртуть Hg и др. Характеристика металлов (положение в периодической системе), историческое развитие, нахождение в природе, производство, физико-механические и химические свойства, применение. Сплавы на основе меди (бронзы, латуни, медноникелевые: мельхиор, нейзильбер, куниаль, ТП, ТБ, копель, манганин и константан), серебра и золота, алюминия [дуралюмин (дюраль, дюралюминий), магналии или магналины, силумины, САП и САС], титана, магния, никеля, кобальта и др.: диаграммы состояния, состав, способы получения, структура, свойства, маркировка и применение. 3.2.3. Коррозия. Общие сведения. Принципы классификации и виды коррозионных процессов. Характеристика коррозионных разрушений: химическая коррозия и электрохимическая коррозия. Газовая коррозия, разрушения в жидких средах, биологическая коррозия, радиационные повреждения металлов и сплавов, коррозия электрическими токами, сплошная коррозия, местная коррозия, структурно-избирательные разрушения, подповерхностная коррозия, щелевая коррозия, межкристаллитная коррозия, транскристаллитная коррозия, коррозия в виде редких трещин, коррозия под напряжением, при трении и кавитационная коррозия. Коррозия основных конструкционных и функциональных металлических материалов: железа и его сплавов, материалов на основе цветных металлов: алюминия и его сплавов, медных металлических материалов, титана, никеля, цинка, кадмия и их сплавов. Борьба с коррозией. Методы защиты материалов и изделий от разрушений. Противокоррозионные покрытия, металлические и неметаллические защитные покрытия, ингибиторная защита и электрохимическая защита, изменение условий среды, увеличение коррозионной стабильности основного материала, защита от радиации и воздействия микроорганизмами, создание коррозионностойких материалов. 3.3. Неметаллические материалы: Определения. Классификация материалов на конструкционные и функциональные, в том числе огнеупорные, тепло-, электро- и гидроизоляционные, прокладочные, уплотнительные и др. 3.3.1. Гомоядерные вещества и материалы: водород, бор, углерод, кислород, сера, азот, фосфор, мышьяк, фтор, хлор, бром, йод, инертные газы (гелий, аргон, криптон, ксенон, радон): положение в периодической системе, историческое развитие, нахождение в природе, производство, физико-механические и химические свойства, маркировка, применение. 3.3.2. Гетероядерные вещества и материалы. Наиболее значимые мономерные двухэлементные материалы: на основе карбидов, нитридов, фосфидов, стибидов, арсенидов, оксидов (в том числе вода), сульфидов, селенидов, теллуридов и др.: состав, способы получения, структура, свойства, маркировка и области применения. Газообразные: воздух: историческое развитие, нахождение в природе, производство, физико-механические и химические свойства, маркировка, применение; синтетические электроотрицательные газы – элегаз, дихлордифторметан, перфторированные углеводороды (производство, состав, свойства, применение). Жидкие материалы из многоэлементных соединений: природные: общие понятия, принципы классификации и основные типы. Нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное, кабельное и др.): состав, получение; свойства и применение. Синтетические жидкости (кремний-, фтор-, хлорорганические углеводороды и др.): состав, получение; свойства и применение. Полимерные материалы: общая характеристика, определение, классификация, основные типы (электроизоляционные бумаги и картоны, пластические массы, каучуки и резины, смолы и смолосодержащие продукты – лаки, эмали и клеи, компаунды, флюсы, стекло и ситаллы, слюды и слюдосодержащие, асбесты и их производные): состав, получение, структура, свойства и применение. Керамические материалы (керамика, огнеупоры): определение, признаки и принципы классификации, виды: сырье, состав, основные свойства, способы получения, свойства и области применения. Композиционные материалы (КМ): определение, классификация, критерии конструирования КМ. Дисперсно-упрочненные и волокнистые КМ. Материалы армирующих компонентов и матриц. Композиты на основе металлов и полимеров. Взаимосвязь структуры и прочности ККМ. Межфазные взаимодействия в ККМ. Влияние технологии синтеза на структуру ККМ. Варианты структур ККМ, свойства, способы получения, области применения. 5. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
6. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ, ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОМУ ЗАЧЕТУ 1. Дайте определение материаловедения как научной дисциплины. Укажите её цели и задачи. 3. Приведите дефиниции «материя» и «материал». Перечислите их основные виды и опишите каждый из них. 4. Охарактеризуйте в отдельности каждое понятие: «сырье», «изделие», «конструкция», «продукция» и «материальное тело». Покажите, что между ними общего и различного. 5. Перечислите основные группы материалов и дайте современное определение каждого из них. 6. Обоснуйте, в чём заключается кристаллическое строение. Приведите основное определение кристаллической решётки (КР). Укажите, какими параметрами описывают КР. 7. Покажите, какие кристаллические решётки характерны для металлов. Объясните, как тип решетки влияет на свойства металлов. 8. Приведите определения полиморфизма и анизотропии кристаллов. Перечислите, от чего зависят данные явления. Констатируйте, как они влияют на свойства металлов. 9. Перечислите и охарактеризуйте основные дефекты внутреннего строения металлов и сплавов. Покажите, как они влияют на прочностные свойства металлических материалов? 10. Отметьте, что представляет собой процесс кристаллизации вещества (металлов). Перечислите, какие факторы на него воздействуют и как. 11. Объясните, как процесс кристаллизации и размер образующихся кристаллов влияют на механические свойства материалов (металлов и сплавов). 12. Обоснуйте, что представляют собой кривые охлаждения металлов и сплавов. Продемонстрируйте, в каких координатах их строят (на примере кривой охлаждения чистого железа). 13. Опишите зонное строение слитков металлов и сплавов. Покажите связь характеристик структуры зон слитка с прочностью, пластичностью и др. механическими свойствами. 14. Охарактеризуйте структуры фаз металлических сплавов, образующихся при затвердевании в зависимости от степени растворимости компонентов [механические смеси, твердые растворы (замещения, вычитания и внедрения), химические соединения]. 15. Дайте определение диаграммы фазового равновесия сплава. Приведите основные методы, используемые при их построении. Укажите, что такое линии ликвидуса, солидуса, контрольные точки. 16. Рассмотрите диаграммы состояния сплавов, описывающие образование механических смесей (эвтектик и перитектик), твердых растворов и химических соединений при затвердевании сплавов. 17. Объясните, в чём заключаются правила фаз и отрезков. Покажите, как они работают. Обоснуйте зависимость между диаграммами состояния и свойствами сплавов (правило Курнакова). 18. Опишите основные виды и свойства структурных составляющих железоуглеродистых сплавов: одно- и двухфазные. 19. Приведите диаграммы состояния железо-углерод. Охарактеризуйте, их контрольные точки, линии ликвидуса и солидуса. Рассмотрите основные фазовые переходы при затвердевании сплавов и соответствующие им кривые охлаждения в зависимости от деления по концентрации углерода для сталей и чугунов в отдельности. 20. Дайте определение термической обработке металлов и сплавов. Приведите её цели и задачи. Приведите основные положения технологии термической обработки: температура, среда охлаждения и время выдержки (на примере сталей – по диаграмме состояния). 21. Охарактеризуйте четыре главных вида термической обработки сталей (определения, термограммы, режимы). 22. Опишите перлитно-аустенитные, бейнитные и мартенситные превращения в сталях при нагревании (температура, среда, время выдержки) и образующиеся структуры. Покажите их связь с изотермической диаграммой ТО. 23. Рассмотрите химико-термическую обработку (ХТО) металлов и сплавов (определение, цель, процессы, лежащие в основе любого вида). Виды ХТО [цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование, диффузионная металлизация (по типу металла)]: особенности, режимы и назначение. 24. Приведите дефиниции деформации и механических свойств металлов общих и в отдельности (прочность, пластичность, упругость, текучесть и ударная вязкость). Укажите их количественные характеристики. 25. Объясните, что представляют собой диаграммы разрушения, истинных и условных напряжений материалов, в том числе металлов и сплавов. Продемонстрируйте, какие свойства они описывают. 26. Дайте определение твёрдости материала. Перечислите и проанализируйте методы исследования данного свойства и формулы, используемые для вычисления его чисел по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу. 27. Приведите микроскопические методы исследования структуры веществ и материалов в металлографии. Отметьте их характеристики и назначение. 28. Обоснуйте, в чём заключаются способы разрушающего контроля металлических материалов. Рассмотрите входящие в них виды испытаний. 29. Опишите металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, бериллий, магний, стронций, кальций, барий, алюминий, галлий, индий, таллий, кремний, германий, олово, свинец, висмут, селен, теллур, медь, серебро, золото, цинк, кадмий, ртуть, скандий, иттрий, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец, технеций, рений, железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина) в качестве металлических материалов по следующей схеме: историческая справка, нахождение в природе, способы получения, чистота полученных продуктов, типы и виды примесей, физические и химические свойства, влияние примесей на свойства, применение (в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 30. Охарактеризуйте ММ на основе сплавов черных (стали, чугуны) и цветных металлов (вышеперечисленных) в следующей последовательности: определение, состав, структура, свойства и области использования (в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 31. Отметьте принципы маркировки углеродистых (низко-, средне- и высокоуглеродистых), легированных, конструкционных и инструментальных сталей, чугунов, сплавов цветных металлов и приведите их примеры. 32. Охарактеризуйте явление – коррозия металлов. Приведите ее виды, механизмы действия и их особенности. 33. Объясните принципы существующих методов защиты металлов от коррозии. Покажите, в чём заключается создание коррозионностойких (нержавеющих) сталей и сплавов. 34. Опишите гомоядерные неметаллические соединения (водород, бор, углерод, азот, кислород, фтор, фосфор, сера, хлор, мышьяк, бром, сурьма, йод) в качестве материалов по следующей схеме: историческая справка, нахождение в природе, способы получения, чистота полученных продуктов, типы и виды примесей, физические и химические свойства, влияние примесей на свойства, применение (в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 35. Охарактеризуйте гетероядерные двухэлементные неметаллические соединения (гидриды, бориды, карбиды, нитриды, фосфиды, арсениды, стибиды, оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, фториды, хлориды, бромиды, иодиды вышеперечисленных металлов) как материалы в следующей последовательности: определение, состав, структура, свойства и области использования (в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 36. Опишите гетероядерные многоэлементные неметаллические соединения в качестве активных диэлектриков: определение, состав, структура, свойства и области использования (в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 37. Охарактеризуйте полимерные (органические и неорганические) материалы (без добавок, пластмассы, смолы, каучуки, резины, бумаги, картоны, слюды, асбесты, стекла); керамические и композиционные материалы по следующей схеме: определения, состав, структура, типы, свойства, применение (все рассмотренные, в зависимости от употребления в будущей профдеятельности). 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Основная литература 1. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник. / Под ред. Б. И. Арзамасова, А. А. Черепахина – М.: Академия, 2007. – 448 с. 2. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие. / Под ред. В. С. Чередниченко. – 3-е изд., стер. – М.: Омега-Л, 2007. – 752 с. 7.2. Дополнительная литература 3. Уваров В. И. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: лабораторный практикум. / В. И. Уваров, К. Г. Гаделшин, Т. Б. Татаринцева и др. Под ред. Сироткина О. С. – Казань: КГЭУ, 2004. – 96 с. 4. Сироткин О. С. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: лабораторный практикум. / О. С. Сироткин, П. Б. Шибаев, А. Е. Бунтин. – Казань: КГЭУ, 2011. – 202 с. 5. Сироткин О. С. Основы материаловедения: учебное пособие. / О. С. Сироткин. – М.: КНОРУС, 2014. – 264 с. 6. Сироткин О. С. Основы теоретического материаловедения: учебное пособие. / О. С. Сироткин, Р. О. Сироткин. - Казань: КГЭУ, 2010. – 300 с. 7. Сироткин О. С. Теоретические основы общего материаловедения: учебное пособие. / О. С. Сироткин. – Казань: КГЭУ, 2007. – 348 с. 8. Сироткин О. С. Введение в материаловедение (начала общего материаловедения): учебное пособие. / О. С. Сироткин. – 2-е изд. исп. и доп. – Казань: КГЭУ, 2004. – 212 с. 9. Сироткин Р. О. Структура металлических и неметаллических материалов: учебное пособие. / О. С. Сироткин, Р. О. Сироткин. – Казань: КГЭУ, 2006. – 92 с. 10. Сироткин О. С. Начала единой химии: научное издание. / О. С. Сироткин. – Казань: Фэн, 2003. – 252 с. 11. Сироткин Р. О. Электронно-ядерная, молекулярная и надмолекулярная структура полимерных материалов и их физико-механические свойства («состав – тип связи – структура – свойства» в полимерах и металлах): научное издание. / Р. О. Сироткин. – Казань, КГЭУ, 2007. – 220 с. 12. Сироткин О. С. Основы инновационного материаловедения: учебное пособие. / О. С. Сироткин. – М.: Инфра-М, 2011. – 160 с. 13. Фетисов Г. П. Материаловедение. Технология металлов: учебник. / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин. Под общ. ред. Г. П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2006, 2007. – 262 с. 14. Ржевская С. В. Материаловедение: учебник. / С. В. Ржевская. – М.: Логос, 2004 – 424 с. 15. Пейсахов А. М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие. / А. М. Пейсахов, А. М. Кучер. – СПб.: Изд-во Михайлова В. А., 2005. – 410 с. 16. Материаловедение: учебник для вузов. / Под общей ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г. Мухина. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 648 с. 17. Татаринцева Т. Б. Металловедение: учебное пособие. / Т. Б. Татаринцева, К. Г. Гаделшин. – 2-е изд. перераб., доп. и испр. – Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2016. – 447 с.. 18. Сильман Г. И. Материаловедение: учебное пособие./ Г. И. Сильман. – М.: Академия, 2008. 19. Матюнин В. М. Оперативная диагностика механических свойств конструкционных материалов: учебное пособие. / В. М. Матюнин. – М.: Изд. дом МЭИ, 2006. – 216 с. 20. Матюнин В. М. Металловедение в теплоэнергетике: учебное пособие. / В. М. Матюнин. – М.: Изд. дом МЭИ, 2008. 21. Батаев А. А. Композиционные материалы. Строение, получение, применение: учебное пособие. / А. А. Батаев, Е. А. Батаева. – М.: Логос, 2005. 22. Аврамов Ю. С. Новые композиционные материалы на основе несмешивающихся компонентов: получение, структура, свойства: учебное пособие. / Ю. С. Аврамов, Н. Д. Шляпин. – М.: МГИУ, 2005. 23. Гаделшин К. Г. Технология конструкционных и теплоизоляционных материалов: лаб. и практич. работы. / К. Г. Гаделшин, Э. В. Сахабиева, А. Е. Сухарников, В. И. Уваров. Под общ. ред. О. С. Сироткина. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2005. – 70 с. 24. Татаринцева Т. Б. Коррозия металлических материалов и изделий: учебное пособие / Т. Б. Татаринцева. – 2-е изд. доп. и перераб. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2015. – 97 с. 25. Кимельблат В. И. Полимерные трубопроводные системы: учебное пособие / В. И. Кимельблат, И. Н. Мусин, И. В. Волков. – Казань: КГЭУ, 2003. – 94 с. 26. Кимельблат В. И. Основы материаловедения органических полимеров: учебное пособие. / В. И. Кимельблат, И. В. Волков, О. С. Сироткин. – Казань: КГЭУ, 2003. – 91 с. 27. Сироткин О. С. Материаловедение. Электротехнические материалы: лабораторный практикум. / О. С. Сироткин, А. Е. Сухарников, П. Б. Шибаев, А. М. Трубачева, И. А. Женжурист, Д. Ю. Павлов, А. Е. Бунтин, А. В. Рязанова. – Казань: КГЭУ, 2010. – 156 с. 28. Методы контроля структуры и свойств металлических материалов: методические указания к лабораторным работам. / Сост. Т. Б. Татаринцева. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. – 40 с. 29. Герасимов В. В. Спецматериалы теплоэнергоустановок: методические указания к выполнению лабораторных работ. − Казан. гос. энерг. ун-т, 2003. – 44 с. 30. Сироткин О. С. Проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы: учебное пособие. / О. С. Сироткин, Т. Б. Татаринцева, И. А. Женжурист. – 2-е изд., испр. и доп. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. – 340 с. Примечание: Ссылки на литературу с 7 по 14 представляют собой изложение инновационных аспектов и современных научных достижений в области современного материаловедения, составляющих содержание 1-го раздела настоящей дисциплины. 7.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы www.pm.msisa.ru; www.wikipedia.ru; www.nsu.ru; www.metaltorq.ru; http;//rnd.cnews.ru;www.nanonewsnet,ru; www.lanl.gov/robot/index.htm; www/cybersecurity.ru, www.advtech.ru\technologiya\br char.htm; www.tiajmash.ru; www.tyazhmash.com; www.eprussia.ru; www.stanki-weber.ru; www.uralmash.ru; www.belenergomash.com; www.referats.com. 8. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД ДИСЦИПЛИНОЙ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» Изучение студентом дисциплины «Материаловедение» состоит из последующих этапов: – посещение лекций; – самостоятельная проработка основных тем и разделов лекционного курса, указанных в программе дисциплины по учебной литературе, представленной там же; – выполнение индивидуальной контрольной работы; – отработка лабораторных работ, их оформление и защита; – сдача дифференцированного зачета по всей дисциплине. 8.1. Теоретический курс Теоретические основы излагаются в учебниках, учебных пособиях и конспектах лекций в соответствии с содержанием дисциплины в Государственных образовательных стандартах. После каждого раздела или темы в учебной литературе приводятся вопросы для самопроверки (контрольные вопросы). 8.2. Самостоятельная работа с книгой Освоение дисциплины следует начинать с проработки содержания основных разделов и тем, рассматриваемых в них проблемах и вопросах. Изучение теоретических основ должно проводиться в той последовательности, которая указана в программе. Каждая тема рассматривается отдельно. Первоначально материал лишь прочитывается. При дальнейшей проработке следует вести краткий конспект, занося в него основные определения, понятия, закономерности, математические и графические зависимости, химические формулы и уравнения реакций, названия соединений и веществ с их расшифровкой, отмечая их свойства и основные области применения. Ведение конспекта должно быть систематизированным. Его не следует перегружать факторами и цифрами, которые являются справочными. После освоения материала рассматриваемой темы полное его закрепление проводится ответами на указанные в каждой учебной литературе контрольные вопросы (или вопросы для самопроверки) и решения основных задач (если это необходимо). 8.3. Самопроверка Самопроверка заключается в ответе на контрольные вопросы (или вопросы для самопроверки), представленные в любом учебном издании после изложения теоретического материала или в самотестировании по тестам, предложенным преподавателем. При этом надо стараться, как можно больше отвечать самостоятельно, не пользуясь книгой или составленным конспектом. Чем чаще Вы обращаетесь к своим записям или учебному изданию, значит освоение материала неполное. Поэтому необходимо повторная проработка. При этом можно вносить некоторые коррективы в конспект. 8.4. Контрольная работаВ процессе освоения дисциплины «Материаловедение» студент обязан выполнить одну письменную контрольную работу, которая присылается на проверку в университет. Контрольная работа включает в себя вопросы по всем разделам учебной программы дисциплины и является одной из форм помощи обучающимся при изучении теоретического курса. В процессе проверки контрольной работы преподаватель-рецензент указывает на недостатки, если таковые имеются, и возвращает работу на доработку. 8.5. Консультации За консультацией к преподавателю на кафедру следует обращаться при возникновении затруднений в ходе рассмотрения теоретических основ предмета, тестировании и выполнении контрольной работы. При этом следует правильно сформулировать непонятый вопрос в письменной форме (для иногородних студентов) или устной при личном контакте с преподавателем. 8.6. Лабораторные работы Для помощи в освоении теоретического курса, кроме контрольной работы в период лабораторно-экзаменационной сессии студент обязан выполнить две лабораторные работы. Первая на тему «Диаграмма и микроструктура сплавов железо-цементит с элементами классификации и маркировки (для всех направлений)». Описание данной ЛР представлено в учебно-методическом пособии: Сироткин О. С. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: лабораторный практикум. / О. С. Сироткин, П. Б. Шибаев, А. Е. Бунтин. – Казань: КГЭУ, 2011. – 202 с. Лабораторная работа № 6. Вторая (по направлениям): Исследование электрической прочности твердых диэлектриков (автоматизация), Исследование свойств полупроводников методом Холла (приборостроение), Коррозионные свойства металлов и сплавов (техносферная безопасность), Мезоструктура, классификация и маркировка легированных сталей, цветных металлов и сплавов на их основе (теплоэнергетика и теплотехника, энергомашиностроение, техническая физика). Описание этих ЛР дано в учебно-методических пособиях: Сироткин О. С. Материаловедение. Электротехнические материалы: лабораторный практикум. / О. С. Сироткин, А. Е. Сухарников, П. Б. Шибаев, А. М. Трубачева, И. А. Женжурист, Д. Ю. Павлов, А. Е. Бунтин, А. В. Рязанова. – Казань: КГЭУ, 2010. – 156 с (ЛР № 2, 4); Методы контроля структуры и свойств металлических материалов: методические указания к лабораторным работам. / Сост. Т. Б. Татаринцева. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. – 40 с. (ЛР № 2, 3); Герасимов В. В. Спецматериалы теплоэнергоустановок: методические указания к выполнению лабораторных работ. − Казан. гос. энерг. ун-т, 2003. – 44 с. (ЛР № 4, 5); Сироткин О. С. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: лабораторный практикум. / О. С. Сироткин, П. Б. Шибаев, А. Е. Бунтин. – Казань: КГЭУ, 2011. – 202 с. (ЛР № 3, 4). По окончании каждой лабораторной работы оформляется письменный отчет, и студент защищает его у преподавателя. 8.7. Экзамен, дифференцированный зачет Экзамен, дифференцированный зачет является формой контроля полученных студентами знаний. К сдаче зачета допускаются студенты, посещавшие лекции, имеющие зачтенную контрольную работу, прошедшие тестирование и сдавшие отчет по лабораторной работе. Для получения положительной оценки студент должен ответить на все вопросы полученного билета. Вопросы приводятся в программе дисциплины. 9. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» Раздел 1. Введение. Предмет и задачи дисциплины. Инновационные аспекты материаловедения При рассмотрении данного раздела студенты должны усвоить, что материаловедение – это наука, устанавливающая связь между составом, типом связи (химической, межмолекулярной и др.) компонентов, строением (структурой), свойствами материалов и областями их применения. Самым главным при этом является тип химической связи. Уметь дать правильное определение материала, признаки классификации и типов материалов по ним. Понять что классификация материалов на четыре больших класса: металлы, полимеры, керамику и композиты определяет деление науки «Материаловедение» на четыре больших раздела, а именно металловедение, полимероведение и т.д. Каждый из разделов включает теоретический и практический (прикладной) курсы. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение материаловедения как науки. 2. Раскройте смысл общетеоретических и инновационных основ материаловедения. 3. Покажите единство природы и различие в структуре и свойствах металлических и неметаллических материалов. 4. Приведите дефиниции понятий «материя», «поле», «вещество» и «материал». 5. Объясните, в чём заключается система базовых (основных и производных) понятий дисциплины, дайте их формулировки. 6. Охарактеризуйте строение и основные уровни структурной организации в металлах и неметаллах. 7. Опишите единую модель химической связи элементов тонкого электронно-ядерного уровня микроструктуры материала и её влияние на специфические свойства металлов и неметаллов. 8. Проанализируйте Систему химических связей и соединений (СХСС), базовых гомо- и гетероядерных металлических и неметаллических веществ в виде «Химического треугольника – ХТ». 9. Обоснуйте практическое использование СХСС для оценки и конструирования структуры и свойств металлических и неметаллических материалов, включая оценку агрегатного состояния, склонности к кристаллизации или образованию аморфных структур, к проявлению электропроводящих, полупроводниковых или диэлектрических свойств, оценки ряда механических и других эксплуатационных параметров. 10. Перечислите и охарактеризуйте признаки классификации и типы материалов (металлические: металлы и сплавы; неметаллические: полимеры, керамика и композиты). Рекомендуемая литература [5 – 12]. Раздел 2. Металловедение. Металлы – это в основном самый большой класс материалов по использованию в промышленности и быту. Поэтому данный раздел включает большое число тем, в которых отдельно рассматривается история познания металлов человеком и развития металлургической промышленности, различные свойства (физические, химические и др.) и самое главное области их применения. Тема 2.1. Общая характеристика металлов. 2.1. Характеристика и история становления. Металлы – это один из древнейших видов материалов, которые использует человек. При изучении данной темы следует уяснить правильное определение металла в свете новейших положений естествознания и инновационных технологий, их классификацию, основные группы (черные и цветные, конструкционные и функциональные), положение в периодической системе Д. И. Менделеева и СХСС «Химический треугольник». Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение металлов по М.В. Ломоносову, П. Майеру и современное, в том числе по С. О. Сироткину. 2. Перечислите основные исторические этапы познания металлов человеком 3. Укажите, на какие две группы подразделяют металлы по окраске. Продемонстрируйте, сколько и какие металлы входят в них. 4. Приведите классификацию цветных металлов по некоторым их физико-механическим параметрам. 5. Перечислите основные свойства, характерные для чёрных металлов. 6. Приведите ряд расположения конструкционных металлов по степени их утилитарного применения. 2.2. Кристаллическое строение. Одной из основополагающих теоретических основ свойств и применения металлических материалов является их кристаллическое строение. Поэтому при рассмотрении данной подтемы следует уяснить, какие виды агрегатных состояний вещества, фазы и фазовые превращения существуют, что в них общего и отличного, как они связаны энергетически. Уметь дать определения каждого состояния. Знать какие бывают твёрдые вещества, в чём отличие кристаллических и аморфных тел. Дать правильное определение кристаллического вещества. Здесь же необходимо вспомнить некоторые положения химической науки: тип связи элементов в химическом соединении (ковалентная, ионная, металлическая), их природу, механизм образования и тип соединений на основе каждой из видов связи. Следует уяснить, что свойства ММ определяются металлическим типом химсвязи, поэтому металлы имеют кристаллическое строение. В подтеме «типы кристаллических решеток» следует понять, что из семи существующих сингоний кристаллов металлы имеют лишь три: кубическую, гексагональную плотноупакованную и тетрагональную. Не следует относить объёмно-центрированные и гранецентрированные кубические решетки к разным типам. Они являются разновидностями одной сингонии кубической и отличаются лишь числом ядер (элементов структуры) в кристалле и их расположением относительно друг друга. При этом необходимо запомнить, что такое координационное число, каково оно в решетках металлов, каков коэффициент заполнения её объёма ядрами, что такое система индексов, какие они бывают и что обозначают. Здесь также необходимо понять, что такое анизотропия структуры кристаллов и полиморфизм веществ. При анализе строения реальных кристаллов следует осмыслить, что последние всегда имеют различные дефекты. Установить их классификацию, виды в каждом классе, причины их образования и влияния на свойства металлических материалов. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение кристаллического строения вещества. 2. Укажите, что такое кристаллическая решетка. 3. Перечислите кристаллические решетки, характерные для металлов. 4. Покажите, что называется периодом и координационным числом кристаллической решетки. 5. Продемонстрируйте, сколько ядерных остовов приходится на элементарную ячейку гранецентрированной, объемноцентрированной кубической и гексагональной плотноупакованной решетки. 6. Приведите кристаллографическое обозначение плоскостей куба и индексов их направлений. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||