Программа содержит перечень вопросов по дисциплинам базой части

профессионального цикла учебного плана подготовки бакалавров по

направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов».

Составители: доцент каф. ММС Б.С. Зенин

доцент каф. ММС О.Ю. Ваулина

Программа рассмотрена и рекомендована к изданию методическими

семинарами кафедр:

материаловедения в машиностроении

протокол №, «» 2012 г.

наноматериалов и нанотехнологий протокол №, «» 2012 г.

теоретической и экспериментальной физики протокол №, «» 2012 г.

Руководитель ООП С.В. Панин Зав. кафедрой ММС, д.т.н. В.Е. Панин Зав. кафедрой НМНТ, д.т.н. О.Л. Хасанов Зав. кафедрой ТиЭФ, д. физ.-мат. наук В.Ф. Пичугин

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В соответствии с решением Ученого Совета от 29.12.2010 об осуществлении приема на основные образовательные программы магистратуры по направлениям подготовки и перехода на ФГОС ВПО выпускников вузов, имеющих диплом бакалавра и желающим поступить в магистратуру Томского политехнического университета, предлагается пройти вступительные испытания в магистратура в рамках междисциплинарного экзамена (МДЭ) соответствующего направления.

1.1. Целью МДЭ является выявление и объективная (экспертная) оценка уровня специальной подготовки выпускника вуза относительно общих требований, определяемых государственным образовательным стандартом данного направления.

1.2. Уровень требований всех государственных экзаменов выпускников бакалавриатуры должен соответствовать уровню требований вступительных экзаменов в магистратуру. Оценки, полученные студентами на этих экзаменах, могут быть засчитаны в качестве результатов вступительных экзаменов в магистратуру.

II. ДИСЦИПЛИНЫ, ВКЛЮЧЁННЫЕ В ПРОГРАММУ

ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ В МАГИСТРАТУРУ

Предлагаемая программа МДЭ соответствует временному положению "Итоговая аттестация выпускников ТПУ", и отвечает требованиям к обязательному минимуму содержания и уровня подготовки бакалавра по направлению 150100-Материаловедение и технология материалов.

Исходя из требований ФГОС ВПО к уровню подготовки выпускников с квалификацией «бакалавр» предлагаемая программа вступительного экзамена для поступающих в магистратуру по направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов» включаются следующие общепрофессиональные учебные дисциплины:

1. Материаловедение;

2. Технология материалов и покрытий;

3. Механические и физические свойства материалов.

Содержание выбранных учебных дисциплин образует базу знаний, на которых строится изучение специальных дисциплин, предлагаемых в рамках магистерской подготовки. МДЭ определяет уровень общепрофессиональной подготовки в соответствии с государственным образовательным стандартом, того о чем бакалавр должен иметь представление, что он должен знать, уметь использовать.

Программа МДЭ включает в себя экзаменационный фонд, с перечнем вопросов, отражающих основное содержание каждой из включенных в МДЭ учебных дисциплин, которые могут быть использованы при составлении экзаменационных билетов. Программа предлагает список рекомендуемой литературы для самостоятельной подготовки к экзамену. Представлены примеры экзаменационных билетов, составленных на основании содержания экзаменационного фонда включенных в МДЭ дисциплин.

III. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН

Материаловедение 3.1.

Тема 1. Строение твердых тел Обсуждается роль материала в обеспечении надежной и долговечной эксплуатации изделий, деталей, конструкций. Даются основные понятия о свойствах материалов, классификация материалов по природе и назначению, типах кристаллических решеток. Понятия и определения дальнего и ближнего порядка, анизотропии, полиморфизма, сплава, компонента, фазы, твердых растворов.

Тема 2. Металлические материалы Металлы и сплавы. Основные закономерности первичной кристаллизации и их влияние на структурообразование. Строение слитка. Дендритная ликвация и способы ее устранения. Диффузионный и бездиффузионный механизмы превращений. Значение превращений в твердом состоянии в процессах формирования структуры и свойств.

Деформация и рекристаллизация. Горячая и холодная деформация.

Изменение структуры и свойств металлов в зависимости от температуры и скорости деформирования. Стадии рекристаллизации, ее движущая сила, механизмы влияния на структуру и свойства. Разрушение. Механизмы разрушения и структуры изломов.

Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Связь диаграммы со структурой и свойствами сплавов.

Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния Fe-Fe3C. Структура и свойства сталей в равновесном состоянии. Стали. Чугуны.

Углеродистые стали. Примеси в стали. Классификация углеродистых сталей по составу, способу выплавки, степени раскисления, качеству и назначению. Маркировка. Основные превращения в сталях. Основы термической обработки углеродистых сталей.

Чугуны. Классификация и маркировка. Получение, структура, свойства чугунов. Графитизация. Специальные чугуны.

Легированные стали. Классификация легирующих элементов и их влияние на структуру и свойства сталей. Классификация легированных сталей по составу, структуре и назначению.

Медь и ее сплавы. Получение, структура, свойства, обработка, применение и маркировка медных сплавов.

Алюминий и его сплавы. Литейные и деформируемые сплавы алюминия.

Термическая обработка, структура и свойства дюралюминов.

Сплавы магния.

Титан и его сплавы. Структура, термообработка, свойства и маркировка титановых сплавов.

Антифрикционные сплавы.

Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе. Порог хладноломкости Благородные металлы.

Спеченные материалы. Общие представления о получении спеченных материалов. Структура, свойства, области применения и классификация спеченных материалов.

Тема 3. Композиционные материалы Принципы конструирования композиционных материалов и покрытий.

Технология получения, составы, структура и свойства композиционных материалов различного назначения.

Тема 4. Керамические материалы Классификация керамических материалов по химическому составу, свойствам и назначению. Общие представления о технологии получения.

Тема 5. Полимерные материалы Общие представления о структуре свойствах и области применения пластмасс, резины, стекла, лакокрасочных материалов.

Перечень рекомендуемой литературы 1. Гуляев А.И. Металловедение. - М.: Металлургия, 1996. - 424 с.

2. Новиков И.И., Золотаревский В.С., Портной В.К., Белов Н.А., Ливанов Д.В. и др. Металловедение в 2-х т.. - М.: МиСиС, 2009. - 524 с.

3. Металловедение :Учебник. В 2-х т. И.И. Новиков и др./Под ред.В.С Золотлревского. - М.: Издательский Дом МИСиС, 2009.

4. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М.,Гаврилюк В.С., Соколов В.С. и др. Материаловедение и технология металлов М.:Высшая школа. 2002. 638 с.

5. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов М.:Металлургия.-1981. 467 с.

Дополнительная литература:

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.:Высшая школа. 1990.

2. Марочник сталей и сплавов/ под ред. Сорокина В.Г. 1989.

3. Васильева В.В. Композиционные материалы: Справочник. 1990.

Роль материалов в истории развития человечества. Технология материалов и покрытий как наука. Классификация материалов.

Тема 1. Материалы, их получение и технологические свойства.

Материалы в современном машиностроении. Свойства материалов эксплуатационные, технологические.

Металлические материалы. Чистые металлы и сплавы. Металлургическое производство. Производство чугуна. Производство стали. Разливка стали, получение слитка. Цветные металлы и их сплавы. Производство алюминия.

Производство меди. Повышение качества металлических материалов.

Легирование, дополнительные технологические процессы. Основные технологии конструкционных металлических материалов.

Неметаллические материалы в машиностроении. Особенности технологии керамических материалов. Особенности технологии полимерных материалов.

Тема 2. Традиционные технологические процессы и операции.

Маршрутная схема получения и обработки материалов, заготовок и готовых деталей. Технологический цикл, его стадии и характеристики.

Основы технологии литейного производства. Классификация способов изготовления отливок. Изготовление отливок в песчаных формах. Специальные виды литья. Свойства литейных материалов. Характеристика литейных сплавов.

Основы технологии обработки металлов давлением. Деформационные процессы. Физические основы обработки материалов давлением. Особенности разных видов обработки материалов давлением. Специализированные технологические процессы обработки металлов давлением. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности.

Основы технологии обработки конструкционных материалов резанием.

Схемы и режимы резания. Физико-механические основы резания. Технология обработки точением, сверлением, фрезерование.

Основы технологии сварочного производства. Физические основы получения сварного соединения. Термическая, механическая, термомеханическая сварка. Виды сварочных процессов. Особенности сварки различных металлов и сплавов. Пайка.

Тема 3. Новые материалы и современные технологии.

Современные способы производства. Роль науки в создании новых материалов и технологий. Новые принципы, лежащие в основе создания материалов с заданными свойствами и разработки технологических процессов.

Новые носители энергии.

Электрофизические и электрохимические процессы формообразования.

Технология получения порошковых материалов и изделий из них.

Статическое и динамическое компактирование. Процессы спекания в активных средах.

Процессы высокоскоростной кристаллизации. Получение аморфных материалов.

Получение материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (метод СВС).

Методы упрочнения поверхности за счет модифицирования поверхностного слоя. Поверхностное пластическое деформирование.

Поверхностная термическая обработка. Химико-термическая обработка.

Защитные и упрочняющие покрытия. Механические методы нанесения покрытий. Химические и электрохимические покрытия. Газотермические методы напыления покрытий. Вакуумно-конденсационные методы напыления покрытий.

Тема 4. Высокие технологии, применяемые в машиностроении.

Технологии, использующие высококонцентрированные источники энергии. Лазерная, электроннолучевая обработка поверхности. Плазменные технологии. Ионная имплантация. Электроннолучевая наплавка.

Тема 5. Создание материалов с заданными свойствами.

Перспективные материалы. Особенности процессов получения изделий из композиционных материалов. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным компонентам композиционных материалов. Компьютерное конструирование новых материалов. Компьютерное моделирование технологических процессов. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

Перечень рекомендуемой литературы 1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. / Под ред. Митина Б.С.

2. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. 1992.

3. Технология конструкционных материалов под.ред. А.М.Дальского., М, Маш-ие, 4. Схиртладзе А.Г., Ярушин С.Г. Технологические процессы в машиностроении. Старый Оскол, ТНТ, 2010.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. 2009.

Дополнительная литература 1. Колесников К.С. Технологические основы обеспечения качества машин.

2. Сулима А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. 1988.

3. Васильев В.В. Композиционные материалы: Справочник. 1990.

4. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М, Маш-ие, 1985.

Механические и физические свойства материалов Тема 1. Введение. Основные понятия о напряжениях, деформациях.

Значение и задачи раздела, связь его с другими дисциплинами, изученными студентами направления 150600. Основное содержание курса: а) учение о механических свойствах материалов, б) методы определения механических свойств.

Напряжение. Нормальные и касательные напряжения. Линейное, плоское и объемное напряженные состояния. Тензор напряжений. Условное и истинное напряжения.

Деформация. Абсолютная и относительная деформация. Виды деформированного состояния. Условная и истинна деформация.

Упругая и пластическая деформация, разрушение.

Упругая деформация. Закон Гука. Элементарная и общая формы закона Гука. Константы упругости моно- и поликристаллов..

Пластическая деформация. Диаграммы деформации. Пластическая деформация монокристаллов. Скольжение в процессе пластической деформации. Пластическая деформация поликристаллов.

Тема 2. Дислокационные представления о процессах пластической деформации и разрушения.

Понятие о дислокациях. Краевые и винтовые дислокации. Вектор Бюргерса. Движение дислокаций. Энергия дислокаций. Пересечение дислокаций. Взаимодействие дислокаций друг с другом, с точечными дефектами, с дисперсными частицами, с границами зерен. Пластическая деформация и упрочнение с позиций теории дислокаций.

Тема 3. Разрушение материалов.

Типы разрушения. Зарождение и распространение трещин. Вязкое разрушение. Хрупкое разрушение. Хладноломкость. Схемы объяснения хрупкого и вязкого состояния металлов. Диаграмма механического состояния Я.Б.Фридмана. Факторы, влияющие на механические свойства металлов.

Классификация факторов, влияющих на механические свойства металлических материалов. Влияние скорости и температуры нагружения. Металлургические, технологические, конструкционные, эксплуатационные факторы. Влияние окружающей среды на механические свойства.

Тема 4. Статические испытания материалов.

Испытания на растяжение. Характеристики механических свойств, определяемые при испытаниях на растяжение. Первичная, условная и истинная диаграмма деформации при растяжении. Константы упругих свойств.

Характеристики сопротивления упругим и малым пластическим деформациям, значительным пластическим деформациям, сопротивлениям разрушению, характеристики пластичности. Локализация деформации (в шейке). Образцы для испытания на растяжение. Машины для испытания на растяжение.

Испытания на сжатие, его особенности и область применения. Условные и истинные диаграммы деформации. Образцы и машины для испытаний на сжатие.

Испытание на изгиб. Схемы нагружения при испытаниях на изгиб.

Напряжения и деформация при изгибе. Достоинства, недостатки, применение испытаний на изгиб.

Тема 5. Динамические испытания.

Скорость нагружения и скорость деформации. Влияние скорости деформирования на механические свойства металлов. Виды динамических испытаний. Характеристики сопротивления динамическим нагрузкам.

Назначение, методика, образцы для испытаний на ударную вязкость.

Оборудование для испытаний на ударную вязкость.

Тема 6. Твердость материалов.

Классификация методов измерения твердости. Измерение твердости вдаливанием. Методика, условия, особенности, границы применения измерения твердости по Бринелю, Роквеллу, Виккерсу.

Методы измерения твердости царапанием, их особенности. Определение твердости по отскоку упругого тела. Связь твердости с другими механическими характеристиками.

Измерение микротвердости. Измерение твердости при повышенных температурах.

Тема 7. Механические свойства при высоких температурах.

Влияние температуры на характеристики прочности и пластичности металлов. Ползучесть, виды ползучести. Процессы пластической деформации и разрушения при длительном действии нагрузок. Методы оценки сопротивления ползучести. Испытания на ползучесть. Способы повышения сопротивления ползучести.

Кратковременные испытания при высоких и низких температурах.

Тема8. Усталость металлов.

Сущность явления усталости, его практическое значение. Характеристика циклов нагружения. Предел выносливости и кривые выносливости. Влияние характера нагрузки, частоты, перерывов, перегрузок и недогрузок на сопротивление усталостному разрушению. Влияние качества поверхности, термической обработки, размеров образца. Испытания на усталость.

Тема 9. Элементы квантовой теории.

Волновые свойства микрочастиц. Электроны в атомах. Типы межатомных связей. Энергия связи. Классификация твердых тел по типу межатомных связей Тема 10. Теплофизические свойства материалов.

Колебания кристаллической решетки. Фононы. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Теория теплоемкости Дебая. Тепловое расширение материалов. Теплопроводность твердых тел. Фононная теплопроводность.

Электронная теплопроводность. Закон Видемана-Франца.

Тема 11. Электрические свойства материалов.

Классическая электронная теория металлов. Квантовая теория электропроводности металлов (теория Зоммерфельда). Основы зонной теории металлов. Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры.

Удельное сопротивление чистых металлов и металлических сплавов. ТермоЭ.Д.С.

Электрические свойства диэлектриков. Ионная электропроводность диэлектриков. Вакансионный и межузельный механизмы ионной проводимости. Диэлектрическая проницаемость. Поляризация диэлектриков.

Диэлектрические потери. Пробой твердых диэлектриков. Сегнето- и пьезоэлектрики.

Электропроводность полупроводников. Общие представления о полупроводниках. Донорные и акцепторные полупроводники. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры.

Тема 12. Магнитные свойства материалов и сверхпроводимость.

Магнетизм твердых тел. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

Намагничивание ферромагнетиков. Ферриты. Явление сверхпроводимости.

Тема 13. Оптические свойства твердых тел.

Поглощение света в кристаллах. Фотоэффект. Люминесценция твердых тел. Вынужденное излучение.

Перечень рекомендуемой литературы 1. Механические свойства металлов: учебное пособие/ М. Л. Берштейн, В. А.

Займовский. – М., 1979. – 495 с.

2. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов – М., 1998. – 400 с.

3. Лифшиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов: учебник / Под ред. Б. Г. Лившица. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Металлургия, 1980. – 314 с.

4. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. – М., 2000. – 494 с.

5. Физика твердого тела. / Под ред. И.К. Верещагина – М., 2001. – 237с.

Дополнительная 1. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. – М.,1972.

2. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов: в 2 ч – М., 1974.

3. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела: Пер. с англ. / Ч. Киттель. – М., 2006. – 792с.

IV. ПРИМЕР ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА

ВСТУПИТЕЛЬНОЕ ИСПЫТАНИЕ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №

4. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Связь диаграммы со структурой и свойствами сплавов. (25 баллов) 5. Технология получения порошковых материалов и изделий из них. Статическое и динамическое компактирование. Процессы спекания в активных средах. (25 баллов) 6. Волновые свойства микрочастиц. Электроны в атомах. Типы межатомных связей.

Энергия связи. Классификация твердых тел по типу межатомных связей. (25 баллов) 7. Классификация керамических материалов по химическому составу, свойствам и назначению. Общие представления о технологии получения. (25 баллов)

ПРОГРАММА

вступительного испытания (междисциплинарного экзамена) для поступающих в магистратуру по направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов»

Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина, 30.