grandov.ru страница 1страница 2
скачать файл
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»





Согласовано





Утверждаю

Руководитель ООП

по направлению 150100

декан МФ

проф. Е.И. Пряхин




Зав. кафедрой МиТХИ

проф. Е.И. Пряхин



ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Механические и физические свойства материалов»

Направление подготовки: 150100 «материаловедение и технология новых материалов»

Профиль подготовки: «Материаловедение и технологии новых материалов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная
Составитель: доцент А.В. Сивенков

Санкт-Петербург

2012

Составитель доцент А.В. Сивенков


Научный редактор профессор Е.И. Пряхин

1. Цели и задачи дисциплины.

Цель изучения дисциплины “Механические и физические свойства материалов" - дать студенту знания по теоретическим основам формирования механических и физических свойств, разработка материалов с заданными физико-механическими характеристиками, научить определению механических и физических свойств материалов конструкционного и функционального назначения. Дисциплина разделена на две части: «Часть I. Механические свойства материалов» изучается в 3-м семестре, «Часть II. Физические свойства материалов» - в 4-м семестре.

Задачи изучения дисциплины – усвоение основных теоретических основ формирования физико-механических свойства материалов.
2. Место дисциплины в структуре ООП.

Курс «Механические и физические свойства материалов» является комплексной дисциплиной и базируется на знаниях, полученных при изучении фундамен­тальных химических и общеинженерных дисциплин таких как: «Неорганическая химия», «Физика», «Высшая математика», «Информатика», «Сопротивление материалов».

Знания и умения, приобретенные при изучении курса, будут использованы в процессе освоения последующих дисциплин – «Физика прочности и механика разрушения», «Машиностроительные материалы», «Методология выбора материалов и технологий в машиностроении».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:


    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: ОК9, ПК3, ПК6, ПК11.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: природу упругости, пластичности и разрушения материалов; природу электрических, магнитных и тепловых свойств материалов; основные факторы, влияющие на механические и физические свойства материалов; принципы упрочнения материалов; принципы создания материалов с особыми физическими свойствами.

уметь: определять стандартными методами физико-механические свойства материалов; ставить задачи и составлять программы комплексных исследований свойств материалов и изделий; использовать результаты исследования механических и физических свойств для оценки качества материалов и изделий, для моделирования и оптимизации технологических процессов с целью получения заданных эксплуатационных свойств материалов.

Владеть: навыками использования технических средств и комплексных методик для измерения, контроля и испытания основных свойств материалов и изделий из них, и их использования в исследованиях и расчетах
4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 7 зачётные единицы.



Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

3

4

Аудиторные занятия (всего)

115

51

64

В том числе:










Лекции

49

17

32

Практические занятия (ПЗ)

33

17

16

Семинары (С)







Лабораторные работы (ЛР)

33

17

16

Самостоятельная работа (всего)

101

50

51

В том числе:










Курсовой проект (работа)







Расчётно-графические работы







Реферат







Другие виды самостоятельной работы:










Подготовка отчета по лабораторным работам

20

10

10

Защита лабораторных работ

20

10

10

Работа с литературой

61

30

31

Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)




Зачёт




Общая трудоёмкость час

зач. ед.


252

252








5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела



1. Введение.

Механические свойства. Часть 1.



Предмет "Механические свойства материалов" и его место в ряду специальных дисциплин. Требования, предъявляемые к механическим свойствам конструкционных и функциональных машиностроительных материалов. Классификация механических свойств.

Краткая история развития науки о механических свойствах материалов.





2. Общая характеристика механических свойств и испытаний.

Механические свойства. Часть 1.




Напряжения. Виды напряжений. Тензор напряжений.

Деформации. Виды деформации. Тензор деформаций.

Схемы напряженного и деформированного состоянийпри механических испытаниях различных видов. Коэффициенты "мягкости" и трехосности схемы напряженного состояния.

Классификация механических испытаний: по схеме напряженного или деформированного состояния, по способу нагружения образца, по характеру изменений нагрузки во времени.

Условия подобия механических испытаний: геометрические, механические, физические.

Масштабный фактор. Гомологическая температура.

Статистическая обработка результатов механических испытаний.




3. Упругие свойства и неполная упругость.

Механические свойства. Часть 1.



Закон Гука и константы упругих свойств.

Природа упругости твердых тел. Элементарный и обобщенный закон Гука для изотропных тел. Связь между характеристиками упругости. Анизотропия упругих свойств.

Влияние температуры и холодной пластической деформации на характеристики упругости металлов. Зависимость модулей упругости гомогенных и гетерогенных металлических сплавов от их состава и структуры. Упругие свойства керамики и полимеров. Методы определения упругих свойств.

Неполная упругость металлов: эффект Баушингера, упругое последействие и релаксация напряжений. Механический гистерезис и внутреннее трение как следствие неупругих эффектов при деформации металлов. Характеристики внутреннего трения.

Температурная зависимость внутреннего трения. Методы измерения внутреннего трения и применяемая аппаратура.

Сверхупругость (эффект памяти формы), ее природа. Использование ЭПФ в машиностроении и приборостроении.





4. Пластическая деформация.

Механические свойства. Часть 1.



Низкотемпературная пластическая деформация скольжением. Связь величины макроскопического сдвига с характеристиками дислокационной структуры. Линии и полосы скольжения. Кристаллография и системы скольжения в металлах с кубическими и гексагональными кристаллическими решетками. Особенности скольжения в кристаллах с объемноцентрированной кубической решеткой.

Развитие деформации в монокристаллах с г.ц.к. решеткой при низких температурах. Стадии пластической деформации: легкое (одиночное) скольжение, множественное скольжение, поперечное скольжение. Эволюция дислокационной структуры при пластической деформации. Влияние ориентировки относительно оси растяжения на картину пластической деформации. Пластическая деформация поликристаллов. Образование текстуры деформации. Особенности пластической деформации скольжением в монокристаллах и поликристаллах металлов с г.п. и о.ц.к. решетками.

Деформационное упрочнение металлических монокристаллов. Приведенное напряжение сдвига, фактор Шмида. Кривые деформационного упрочнения монокристаллов металлов с г.ц.к., г.п. и о.ц.к. решетками. Три стадии деформационного упрочнения. Динамический возврат. Деформационное упрочнение поликристаллов. Уравнение Петча-Холла.

Пластическая деформация металлов двойникованием. Кристаллография и системы двойникования в металлах с кубическими и гексагональными кристаллическими решетками. Соотношение скольжения и двойникования в процессе пластической деформации.

Картина пластической деформации и кривые деформационного упрочнения при двойниковании.

Влияние энергии дефектов упаковки и схемы напряженного состояния на пластическую деформацию и их деформационное упрочнение.

Зависимость критического приведенного напряжения сдвига и коэффициентов упрочнения от температуры. Термический возврат и динамическая полигонизация при высокотемпературной деформации. Теплая и горячая деформация. Динамическая рекристаллизация.

Влияние скорости деформации на структуру и упрочнение металлов при пластической деформации. Основные положения уравнения теории термически активируемой пластической деформации. Сверхпластическая деформация.

Ползучесть и ее виды. Кривые ползучести. Стадии ползучести. Зависимость скорости ползучести от напряжений и температуры. Особенности пластической деформации в условиях ползучести при высоких гомологических температурах.

Пластическая деформация ковалентных и ионных кристаллов. Зависимость характера деформирования от скорости деформирования. Деформация поликристаллических керамик. Деформация аморфных веществ.

Модельные представления о деформации полимеров, хаотическая деформация полимеров в стеклообразном, высокопластичном и кристаллическом состояниях.

Механизмы упрочнения: деформационное упрочнение, субструктурное упрочнение, твердорастворное упрочнение, дисперсионное твердение, создание гетерогенных и анизотропных структур. Реализация различных механизмов при разработке высокопрочных материалов.

Влияние примесей, легирования и структуры на пластическую деформацию и упрочнение металлов: образование атмосфер примесных атомов на дислокациях, изменение энергии дефектов упаковки, увеличение сил трения решетки при движении дислокаций, упорядочение твердого раствора. Растворное упрочнение. Упрочнение когерентными и некогерентными частицами избыточных фаз. Композиционные минералы.




5. Разрушение.

Механические свойства. Часть 1.



Виды разрушения: отрыв и срез. Схемы разрушения при различных механических испытаниях. Условия перехода от хрупкого отрыва к вязкому срезу. Диаграмма механического состояния Я.Б.Фридмана. Основные стадии разрушения: зарождение зародышевой трещины, распространение трещины. Энергоемкость и скорость распространения трещины при вязком и хрупком разрушении.

Механизмы зарождения трещин. Модели образования трещин у вершин дислокационных скоплений.

Распространение трещин. Основные представления линейной механики разрушения. Теория хрупкого разрушения Гриффитса. Критерий Гриффитса для металлов. Сопротивление движению трещин. Коэффициент интенсивности напряжений и вязкость разрушения. Учет пластической деформации при разрушении. Нелинейная механика разрушения.

Вязкое разрушение. Зарождение трещины при вязком разрушении. Локализация деформации и образование шейки при растяжении. Структура поверхности при вязком разрушении.

Хрупкое разрушение. Опасность хрупкого разрушения. Кристаллография распространения хрупкой трещины (трещины скола). Структура поверхности разрушения. Фасетки скола. Классификация изломов.

Зависимость перехода от вязкого разрушения к хрупкому от температуры, структуры материала и условий испытаний, скорости деформации и наличия надрезов. Схема А.Ф. Иоффе и температура вязко-хрупкого перехода.

Хладноломкость металлов и способы борьбы с ней. Причины склонности к хрупкому разрушению металлов и сплавов с о.ц.к. решеткой. Роль примесей внедрения. Зависимость температуры вязко-хрупкого перехода от размеров зерна.

Разрушение при высокотемпературной ползучести.

Природа усталостного разрушения. Особенности пластической деформации и разрушения при циклическом нагружении. Механизмы зарождения и распространения усталостных трещин. Строение усталостного излома.

Влияние различных факторов на предел выносливости: характеристики цикла напряжений, состояние поверхности, наличие концентраторов напряжений, температура испытаний. Термическая усталость. Связь выносливости с другими механическими свойствами.

Изнашивание и износостойкость металлов. Разновидности изнашивания. Кривая износа при нормальном изнашивании. Недопустимое изнашивание (повреждаемость). Способы повышения износостойкости металлов.

Прочность и разрушение полимеров и полимерных композиционных материалов.

Математическое моделирование процесса разрушения. Физические основы повышения сопротивляемости разрушению металлических и неметаллических материалов.




6. Методы механических испытаний и оборудование для испытаний.

Механические свойства. Часть 1.



Государственные стандарты на статические методы испытания металлов. Методика проведения испытаний на растяжение, применяемые машины и образцы.

Кривые растяжения и прочностные характеристики, определяемые при растяжении: предел пропорциональности, предел упругости, предел прочности. Физическая природа и способы определения предела пропорциональности. Физическая природа пределов упругости и текучести. Условный и физический предел текучести. Причины образования зуба и площадки текучести на кривой растяжения. Деформационное старение.

Влияние температуры испытаний на величину физического и условного пределов текучести. Предел прочности. Равномерная и сосредоточенная деформации. Диаграмма истинных напряжений при растяжении.

Характеристики пластичности при растяжении: относительное удлинение и относительное сужение. Связь характеристик пластичности и прочности. Работа пластической деформации при растяжении. Испытания на двухосное растяжение методом выдавливания.

Испытания на сжатие. Жесткость напряженного состояния. Схема испытаний, применяемые образцы и способы устранения трения. Диаграммы сжатия и характеристики прочности и пластичности. Условные и истинные диаграммы деформации для хрупких и пластичных материалов.

Технологические пробы на сжатие.

Испытания на изгиб. Схемы испытания. Диаграмма изгиба, номиналь­ные и реальные прочностные характеристики, определяемые при изгибе. Характеристики пластичности. Технологические пробы на изгиб.

Испытания на кручение. Особенности схемы напряженного состояния. Методика испытания на кручение, применяемые машины и образцы. Диаграм­ма кручения и основные характеристики упругости, прочности и пластичности. Технологические пробы на кручение.

Применение концентраторов напряжений при статических испытаниях. Растяжение и изгиб образцов с надрезом. Схема напряженного состояния и коэффициент концентрации напряжений. Растяжение надрезанного образ­ца с перекосом.

Методика испытаний на вязкость разрушения, применяемые образцы. Условия определения вязкости разрушения при плоском деформированном состояний. Диаграммы нагрузка-смещение, нагрузка-раскрытие трещины. Практическое значение вязкости разрушения как характеристики трещиностойкости материала. Зависимость трещиностойкости от состава и струк­туры материала.

Скорости деформирования и деформации при статических и динами­ческих испытаниях. Особенности пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении.

Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом. Используе­мые образцы и оборудование. Методика определения ударной вязкости и температуры вязко-хрупкого перехода. Разделение ударной вязкости на составляющие.

Оценка склонности к хрупкому разрушению по результатам ударных испытаний.

Общая характеристика испытаний на твердость. Физический смысл твердости. Связь между твердостью и прочностью металлов. Государст­венные стандарты на определение твердости.

Твердость по Бринеллю. Схема и методика испытаний, расчет числа твердости. Условия геометрического подобия.

Твердость по Виккерсу. Схема и методика испытаний, расчет числа твердости. Особенности и назначение метода микротвердости.

Твердость по Роквеллу. Схема и методика испытаний, шкалы твер­дости, физический смысл числа твердости по Роквеллу.

Жаропрочность металлических материалов и ее количественные ха­рактеристики.

Методика испытаний на ползучесть, применяемые малины и образцы. Предел ползучести. Предел длительной прочности и долговечности. Испы­тания на длительную прочность, применяемые образцы и методика.

Релаксация напряжений и связь с ползучестью. Методика испы­таний на релаксацию, применяемые схемы и образцы.

Методика проведения усталостных испытаний. Циклы напряжений и их характеристики. Схемы нагружения, применяемые машины и образцы. Кривые усталости и определение предела выносливости. Методы статисти­ческой обработки результатов усталостных испытаний.

Испытания на малоцикловую усталость и её характеристики. Ско­рость роста трещины при усталости. Циклическая трещиностойкость и её характеристики. Диаграмма усталостного разрушения.





7. Введение.

Физические свойства. Часть II.



Цель раздела, его место в подготовке инженеров, специализирующихся в области материаловедения.

Историческая справка о развитии науки о физических свойствах материала вклад дружеских и зарубежных ученых. Значение физической теории в современном материаловедении.





8. Основы электронной теории твердых тел.

Физические свойства. Часть II.



Классическая электронная теория кристаллических твердых тел. Типы межатомных связей в твердом состоянии: силы Ван-дер-Ваальса, ионная связь, ковалентная связь, металлическая связь. Элементы квантовой теории электронов в твердых телах. Функция распределения Ферми- Дирака. Энергетические зоны (зоны Бриллюэна) в кристалле. Деление твердых тел на металлы (проводники), полупроводники и изоляторы (диэлектрики).



9. Электрические свойства.

Физические свойства. Часть II.



Природа электропроводности и электрического сопротивления методов и сплавов. Зависимость электрического сопротивления металлов от температуры. Изменение сопротивления металлов при плавлении, влияние наклепа и отжига.

Зависимость электросопротивления твердых растворов от химического состава, степени дальнего порядка и наличия концентрационных неоднородностей. Влияние упругой деформации, наклепа и отжига на электросопровление твердых растворов.

Электрические свойства гетерогенных сплавов и их зависимость от химического состава. Влияние пластической деформации и отжига на электросопротивление гетерогенных сплавов. Неметаллические твердые проводники, графит. Сверхпроводимость. Критерии существования сверхпроводимости. Характеристики сверхпроводников. Сверхпроводники I и II рода.

Сплавы для проводников и элементов сопротивления. Металлические и керамические сверхпроводящие материалы.

Электропроводность полупроводников. Зависимость от температуры. Собственная и примесная проводимость.

Полупроводниковые химические элементы и соединения, материалы на их основе. Полимерные проводниковые материалы.

Диэлектрические свойства. Поляризация. Факторы, влиявшие на диэлектрическую проницаемость. Электропроводность диэлектриков. Диэлектрические потери. Виды пробоя и их физическая природа.

Твердые неорганические и органические диэлектрики. Сегнето - и пъезоэлектрики.

Природа термоэлектрических эффектов – эффектов Зеебека, Пельтье, Томсона. Термоэлектрический ряд металлов. Правило аддитивности.

Влияние химического состава и структуры на термоЭДС металлических материалов. Материалы для термопар.

Методы определения металлических свойств. Измерение электросопротивления проводников, полупроводников и диэлектриков. Определение ширины запрещенной зоны полупроводников, типа и подвижности носителей. Измерение диэлектрической проницаемости, тангенса угла потерь и электрической прочности диэлектриков. Методы определения ЭДС. Применение методов измерения электрических материаловедческих задач.




10. Теплопроводность.

Физические свойства. Часть II.



Природа теплопроводности металлов и диэлектриков. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности. Связь между электро- и теплопроводностью: правило Видеманна-Франца.

Теплопроводность чистых металлов, твердых растворов, гетерогенных сплавов, неметаллических материалов.

Аппаратура, принципы и возможности основных методов определения теплопроводности.




11. Теплоемкость и энтальпия.

Физические свойства. Часть II.



Энтальпия (теплосодержание) и теплоемкость. Классическая и квантовая теории теплоемкости твердых тел. Теплоемкость кристаллической решетки; теплоемкость электронного газа. Температурная зависимость теплоемкости. Теплоемкость реальных металлов, сплавов и соединений.

Классификация фазовых превращений.

Изменение теплоемкости при аллотропических и магнитных превращениях, при пластической деформации и отжиге металлов и сплавов.

Аппаратура, принципы и возможности термического и калориметрического методов определения теплосодержания и теплоемкости металлов и сплавов. Применение методов термического и калориметрического анализов для решения материаловедческих задач.





12. Магнитные свойства.

Физические свойства. Часть II.



Основные магнитные характеристики кристаллов. Магнитно-неупорядоченные и магнитно-упорядоченные магнетики.

Природа диамагнетизма и парамагнетизма твердых тел.

Магнитная восприимчивость кристаллической решетки и коллективизированных электронов. Диа- и парамагнитные свойства элементов в зависимости от их положения в периодической системе. Влияние температуры и состава на магнитную восприимчивость металлических сплавов.

Природа магнитно-упорядоченного состояния: ферромагнетизм, антиферромагнетизм, ферримагнетизм. Температурная зависимость намагниченности и точка Кюри ферромагнетиков. Температура Неэля антиферромагнетиков.

Основная кривая намагничивания, петля гистерезиса и специфические магнитные характеристики ферромагнетиков. Магнитная анизотропия. Явление магнитострикции. Доменная структура и механизмы намагничивания ферромагнетиков. Основы теории коэрцитивной силы.

Классификация ферромагнитных свойств. Ферромагнитные свойства твердых растворов и гетерогенных сплавов. Влияние наклепа, отжига и кристаллической текстуры на ферромагнитные свойства.

Магнитные материалы: магнитно-мягкие (металлические сплавы, ферриты, аморфные сплавы), полутвердые, магнитно-твердые.

Аппаратура, принципы и возможности баллистического и магнитоанизометрического методов измерений магнитных характеристик ферромагнетиков. Применение магнитного анализа для решения материаловедческих задач.





13. Объемные свойства.

Физические свойства. Часть II.



Плотность и удельный объем, плотность чистых металлов, твердых растворов и гетерогенных сплавов. Изменение плотности металлов и сплавов при нагревании, горячей и холодной пластической деформации, полиморфных превращениях и плавлении.

Аппаратура, принципы и возможности основных методов измерения плотности: пикнометрического, гидростатического взвешивания и рентгеновского.

Природа термического расширения твердых тел. Связь коэффициента термического расширения с атомным номером элемента, с температурой плавления и энергией связи атомов в кристаллической решетке. Изменение коэффициента термического расширения металлов при плавлении, аллотропических и магнитных превращениях.

Термическое расширение твердых растворов и гетерогенных сплавов.

Термическое расширение фазовых и структурных составляющих углеродистой стали. Особенности термического расширения и упругости ферромагнетиков. Инварная аномалия термического расширения.

Материалы с заданными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР) и модуля упругости. Области их применения.



Аппаратура, принципы и возможности прямых и относительных методов определения ТКЛР. Применение дилатометрического анализа для решения материаловедческих задач.


скачать файл


следующая страница >>
Смотрите также:
Программа учебной дисциплины «Механические и физические свойства материалов»
311.82kb.
Установочная лекция по дисциплине «Физические, механические и технологические свойства материалов»
201.26kb.
Рабочая программа учебной дисциплины «теория электросвязи» для специальностей
260.38kb.
Рабочая программа учебной дисциплины «общая и неорганическая химия» Направление подготовки 240100 «Химическая технология»
225.19kb.
Рабочая программа учебной дисциплины ландшафтное проектирование
619.28kb.
Рабочая программа учебной дисциплины компьютерная графика в садоводстве
320.76kb.
Сера и ее свойства
150.13kb.
Рабочая программа учебной дисциплины управление разработкой и реализацией нового продукта для подготовки бакалавров по профилю
376.48kb.
Программа учебной дисциплинЫ «маркшейдерские и геодезические приборы» Направление подготовки: 130400 Горное дело
143.44kb.
Рабочая программа учебной дисциплины
303.24kb.
Рабочая программа учебной дисциплины
273.6kb.
Рабочая программа учебной дисциплины
214.35kb.