Атомно-кристаллическая структура металлов.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.1.2. Дефекты кристаллического строения металлов.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

2.1.3. Фазы и структура в металлических сплавах, свойства.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

Раздел 2

Основы теории сплавов

2.2.1. Правило фаз. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют неограниченные твердые растворы.

(6.1.1., 6.1.2., 6.2.1.)

2.2.2. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют механическую смесь. Правило отрезков.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1., 6.2.2.)

2.2.3. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют твердые растворы с ограниченной растворимостью и эвтектику.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1., 6.2.2.)

2.2.4. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения.

(6.1.1., 6.1.2., 6.2.1., 6.2.2.)

2.2.5. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов.

(6.1.1., 6.1.2., 6.2.1., 6.2.2.)

Раздел 3

Диаграмма состояний «железо-цементит»

Классификация и маркировка сталей и чугунов

2.3.1. Диаграмма состояний «железо-цементит».

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1., 6.2.2.)

2.3.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.3.3. Углеродистые конструкционные стали.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

2.3.4. Легированные стали.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.3.5. Чугуны.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

Раздел 4

Основы термической обработки стали

2.4.1. Фазовые превращения в сплавах железа.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

Отжиг.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

2.4.3. Закалка и отпуск стали.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.4.4. Поверхностная закалка стали.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

Раздел 5

Химико-термическая обработка стали

2.5.1. Цементация.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

2.5.2. Цианирование, нитроцементация.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

2.5.3. Диффузионное насыщение стали металлами.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.4., 6.2.1.)

Раздел 6

Цветные металлы и сплавы на их основе

2.6.1. Титан и сплавы на его основе.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

Алюминий и сплавы на его основе.

(6.1.1, 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.6.3. Медь и сплавы на ее основе.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

2.6.4. Антифрикционные сплавы.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4., 6.2.1.)

Раздел 7

Неметаллические материалы

2.7.1. Общие сведения.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4.)

2.7.2. Пластические массы.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4.)

2.7.3. Резиновые материалы.

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4.)

2.7.4. Неорганические полимерные материалы

(6.1.1., 6.1.2., 6.1.3., 6.1.4.)

 

ВИДЫ РАБОТ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВРЕМЕНИ

Всего часов – 100

Лекционные занятия – 8 часа

Лабораторный практикум – 8 часа

Контрольная работа (количество) – 1

Самостоятельная работа – 84 часа

Экзамен (количество) – 1

 

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

Примерный объем в часах

№ п/п	Наименование темы	Количество часов
	Металлы, их кристаллическое строение, свойства
	Основы теории сплавов
	Диаграмма состояний «железо-цементит» Классификация и маркировка сталей и чугунов
	Основы термической обработки стали
	Легированные стали, цветные металлы и сплавы на их основе
	Неметаллические материалы

 

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Примерный объем в часах

№ п/п	Наименование темы	Количество часов
	Основы строения и свойства материалов Дислокации и дефекты кристаллической решетки
	Механические свойства материалов и их определение
	Теория сплавов. Виды взаимодействия компонентов, их характеристика
	Сплавы на основе железа. Классификация сталей и чугунов по структуре и свойствам. Диаграмма состояний «железо-цементит». Применение углеродистых сталей на железнодорожном транспорте
	Основы термической обработки и поверхностного упрочнения сплавов. Превращения в стали при нагреве и охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита
	Легированные стали, их классификация, маркировка. Применение легированных сталей на железнодорожном транспорте
	Цветные металлы и сплавы. Медь, алюминий и титан; сплавы на их основе, их характеристика и применение на железнодорожном транспорте
	Неметаллические материалы. Применение пластмасс на железнодорожном транспорте.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

Примерный объем в часах

№ п/п	Наименование темы	Количество часов
	Изучение основных видов разрушения и повреждения деталей машин в процессе эксплуатации. Способы их предупреждения
	Исследование превращений в сплавах методом термического анализа (построение диаграммы состояний)
	Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства стали
	Исследование микроструктуры чугунов и цветных металлов и сплавов

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1. Обязательная литература

6.1.1. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники: Учебник для вузов ж.-д. трансп./ Н.Н. Воронин, Д.Г. Евсеев, В.В. Засыпкин и др.; Под ред. Н.Н. Воронина. – М.: Маршрут, 2004. – 456 с.

6.1.2. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов./[В.Б. Арзамасов, А.Н. Волчков, А.А. Головин и др.]; Под ред. В.Б. Арзамасова, А.А. Черепахина. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 448 с.

6.1.3. Зарембо Е.Г. Материаловедение и технология материалов: Учебное пособие. – М.: РГОТУПС, 2005. – 188 с.

6.1.4. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. Шк., 2002. – 638 с.

6.2. Рекомендуемая литература

6.2.1. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

6.2.2. Зарембо Е.Г. Материаловедение: Учебное иллюстрированное пособие. М.: 2008

 

СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

При освоении курса предполагается использовать следующее обеспечение:

· Пресс Бринелля;

· Пресс Роквелла;

· Маятниковый копер;

· Стенды с микроструктурами сталей, чугунов, цветных сплавов;

· Микроскоп;

· Плакат с диаграммой «железо-цементит»;

· Плакаты с атомно-кристаллическими решетками металлов;

· Плакат с диаграммой видов термической обработки сталей.

 

 

Материаловедение

Конспект лекций

 

 

Введение. Металлические материалы. Получение и классификация. Кристаллическое строение и свойства металлов

 

Введение.

Производство вагонов, локомотивов, рельсов и др. изделий, применяемых на ж/д транспорте, является одним из самых металлоемких.

Вероятность безотказной работы системы (машины)

P_c(t) = P₁(t) · P₂(t) ·... · P_n(t),

где P _i (t) - вероятность безотказной работы i -го элемента системы (машины) за время t.

При P₁(t) = P₂(t) =... = P_n(t) P_c(t) = P _i ⁿ(t)

При числе элементов n = 10 c P _i (t) = 0,9 общая вероятность

P_c(t) = 0,9¹⁰ ≈ 0,35 - низкая надежность.

Правильный выбор материала детали и технологии её изготовления обеспечит надежную работу всей конструкции. Слабые детали быстро выходят из строя, их замена или проведение ремонтно-восстановительных работ увеличивают эксплуатационные расходы, снижает производительность и надежность конструкции в целом.

Материаловедение - наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами металлических сплавов и неметаллических материалов, а также рассматривающая закономерности их изменения под влиянием механических, физико-химических и др. видов воздействий. Главными материалами в машиностроении и приборостроении являются металлы и сплавы, они составляют 85...95% от массы машин.

Знание основ материаловедения необходимы каждому инженеру, работающему в области эксплуатации современных машин.

 

Металлические материалы.

Получение и классификация.

К металлам относятся >80 элементов периодической системы. Каждый металл имеет свои особенности, но все металлы обладают рядом характерных свойств:

- высокой электро- и теплопроводностью, увеличивающимися с понижением температуры;

- термоэлектронной эмиссией, т.е. способностью испускать электроны при нагреве;

- хорошей светоотражательной способностью: металлы непрозрачны и обладают металлическим блеском;

- повышенной способностью к пластической деформации.

Наличие этих свойств и характеризует так называемое металлическое состояние вещества.

Все металлы и сплавы можно разделить на 2 группы - черные и цветные.

Черные металлы имеют темно-серый цвет. К ним относят железо и его сплавы (стали и чугуны). Железо обладает полиморфизмом - способностью изменять строение кристаллической решетки при нагреве до определенных температур.

Цветные металлы в большинстве случаев окрашены в красный, желтый или белый цвет, для многих из них характерно отсутствие полиморфизма.

В соответствии с температурой плавления и затвердевания металлы делятся на низкоплавкие (легкоплавкие) (t_пл<2000°C), высокоплавкие (t_пл=1000...2000°C), тугоплавкие (t_пл>2000°C).

По сходным свойствам металлы, в свою очередь, можно разделить следующим образом:

а) железные металлы - железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni) - так называемые ферромагнетики и близкий к ним по свойствам марганец (Mn);

б) тугоплавкие металлы - молибден (Mo), тонтал (Ta), вольфрам (W) и др.;

в) урановые металлы - актиноиды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики;

г) редкоземельные металлы (РЗМ) - лантан (La), церий (Ce), неодим (Nd), празеодим (Pr) и др.

д) щелочноземельные металлы в свободном металлическом состоянии применяются в особых случаях;

е) легкие металлы - бериллий (Be), магний (Mg), алюминий (Al), обладающие малой плотностью;

ж) благородные металлы - серебро (Ag), золото (Au), металлы платиновый группы: платина (Pt), палладий (Pd), иридий (Jr), родий (Rh), осмий (Os), рутений (Ru). К ним может быть отнесена и «полублагородная» медь (Cu);

з) легкоплавкие металлы - цинк (Zn), кадмий (Cd), ртуть (Hg), олово (Sn), свинец (Pb), висмут (Bi), таллий (Tl), сурьма (Sb) и элементы с ослабленными металлическими свойствами - галлий (Ga), германий (Ge).

Наибольшее распространение получило Fe в виде сплавов с углеродом (стали и чугуны), что обусловлено его механическими свойствами, возможностью массового изготовления, большой распространенностью его руд в природе и малой стоимостью.

Способы получения:

- чугунов - из руд в доменных печах, вагранках, индукционных печах;

- стали - в мартеновских, электропечах, кислородных конвертерах. Внепечные методы рафинирования: циркуляционное вакуумирование, вакуум - камеры, вакуумирование в струе, обработка синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав.