Министерство образования Российской Федерации

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ.

УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

Москва 2002

Составители: Г. М. Семенов., А. С. Федосеев, В. Б. Сажин.

2

nгл="ле…,е b"еде…,е…………………………………………………………...3 1. Рекомендуемые темы курсовых работ…………………..……………. 6 2. Вопросы к коллоквиумам ……………………………………………...11 2.1 Коллоквиум №1………………………………………………………..11 2.2 Коллоквиум №2 ……………………………………………………….13 2.3 Коллоквиум №3………………………………………………………..14 3 Примеры заданий контрольных работ.………………………………..15 3.1 Контрольная работа №1………………………………………………..16 3.2 Контрольная работа №2……………………………………………….. 3.3 Контрольная работа №3 ………………………………………………. 4 Вопросы для подготовки к экзамену по курсу “Основы материаловедния”…………………….……………………………………. 5.. a,Kл,%г!=-,че“*,L “C,“%*…………………………………………….. Введение Курс «Основы материаловедения» является одним из основополагающих элементов системы общеинженерной подготовки студентов химико-технологических специальностей вузов. В рамках курса предусмотрены лекции, семинары и выполнение курсовой работы.

В условиях рейтинговой системы оценки успеваемости студентов рекомендуется нижеследующее распределение рейтинговой оценки из расчета максимальных 100 баллов за семестр по дисциплине «Основы материаловедения» (табл. 1).

Назначение лекционных занятий – рассмотрение наиболее сложных для самостоятельного изучения вопросов курса, а также материала, имеющего принципиальное значение для качественного восприятия студентами основ учебной дисциплины. В силу ограниченного аудиторного времени и насыщенного учебного плана, предполагается углубленное самостоятельное изучение студентами учебной литературы по темам программы курса.

На семинарах рассматриваются некоторые практические вопросы курса, что, с одной стороны, полезно для приобретения навыков решения практических задач, а с другой способствует закреплению теоретического материала.

Курсовая работа предназначена для развития навыков самостоятельного творчества студентов. Курсовая работа предполагает углубленное изучение студентами специальной литературы, развивает умение выделить главное в реферируемом материале и конкретно выразить существо изучаемой проблемы.

Таблица Рейтинговая оценка по курсу “Основы материаловедения” Рейтинговый балл за контрольные и курсовую работы Экзамен (зачет) за семестр – №1 №2 №3 Курсовая работа 15 15 10 Рекомендуется проводить защиту студентами своих курсовых работ в виде открытой дискуссии. Каждый студент делает краткий доклад по теме курсовой работы, после чего отвечает на вопросы слушателей. Оценивается, как уровень доклада, так и качество ответа на вопросы аудитории.

Подобная форма защиты студентами курсовых работ позволяет существенно расширить объем изучаемого материала в рамках курса «Основы материаловедения».

Для контроля за усвоением студентами изучаемого материала рекомендуется проведение письменных контрольных работ, что позволяет объективно оценить навыки студентов по решению практических задач. Помимо контрольных работ для оценки усвоения курса рекомендуется проводить и теоретические коллоквиумы.

Курсовая работа. Темы курсовых работ выдаются преподавателем с учетом пожеланий студентов.

Срок выполнения курсовой работы устанавливается преподавателем (рекомендуемый срок – 2 месяца).

Необходимый библиографический поиск печатных изданий по теме курсовой работы проводится студентами самостоятельно. Добросовестность и качество библиографического поиска, проведенного студентом, учитывается преподавателем при выставлении итогового балла за курсовую работу.

Объем письменного отчета не регламентируется, он диктуется необходимостью наиболее полно раскрыть предложенную тему (рекомендуемое ограничение по объему – не менее 15 страниц рукописного текста).

Рекомендуется при раскрытии темы дать развернутую классификацию конструкционных материалов рассматриваемого типа, указать стандартные обозначения, названия и принципы маркировки. Подробно рассмотреть вопрос применения материалов в различных отраслях промышленности.

Отчет по теме курсовой работы должен иметь:

- титульный лист;

- оглавление;

- содержание курсовой работы;

- библиографический список.

При оценке курсовой работы, как правило, учитывается и качество оформления представленного письменного отчета.

Допускается предоставление курсовой работы в электронном виде.

Коллоквиумы проводятся для студентов учебных специальностей, предусматривающих изучение курса «Основы материаловедения» без проведения экзамена.

В этом случае максимальный рейтинговый балл за семестр (максимум 100 баллов) складывается из рейтинговых баллов, набранных студентами на 3 коллоквиумах (по 20 максимальных баллов каждый), проводимых в письменной форме, и письменного зачета (максимум 40 баллов).

Студенты, набравшие не менее 55 баллов за 3 коллоквиума, получают оценку «зачет».

Зачет по курсу проводится в письменной форме и оценивается в баллов (максимально).

Студенты, набравшие за коллоквиумы и зачетную работу не менее 55 баллов, получают оценку «зачет» по курсу «Основы материаловедения».

По усмотрению преподавателя для промежуточного контроля успеваемости возможно проведение коллоквиумов и для студентов учебных специальностей, имеющих экзамен по курсу.

1. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Полиэтилен. Свойства. Области применения.

2. Полистирол. Свойства. Области применения.

3. Сополимеры полистирола. Свойства. Области применения.

4. Фторопласты. Свойства. Области применения.

5. Поливинилхлорид. Свойства. Назначение. Области применения.

6. Полиамиды. Классификация. Свойства. Области применения.

7. Полиимиды. Классификация. Свойства. Области применения.

8. Полиметакрилаты. Классификация. Свойства. Области применения.

9. Кремнийорганические полимеры. Классификация. Свойства. Области применения.

10. Эпоксидные смолы. Свойства. Области применения.

11. Полиэфиры (ненасыщенные). Классификация. Свойства. Области применения.

12. Фенолформальдегидные смолы. Классификация. Свойства. Области применения.

13. Полипропилен. Классификация. Свойства. Области применения.

14. Полиуретаны. Классификация. Свойства. Области применения.

15. Пенополиуретаны. Классификация. Свойства. Области применения.

16. Полиэфиркетоны. Классификация. Свойства. Области применения.

17. Полиуретаны. Классификация. Свойства. Области применения.

18. Полиэтилентерефталат. Классификация. Свойства. Области применения.

19. Поликарбонаты. Свойства. Области применения.

20. Полиформальдегиды. Свойства. Области применения.

21. Полифениленоксид. Свойства. Области применения.

22. Фенопласты. Классификация. Свойства. Области применения.

23. Пенофенопласты. Классификация. Свойства. Области применения.

24. Стеклопластики. Классификация. Свойства. Области применения.

25. Гетинакс. Классификация. Свойства. Области применения.

26. Текстолит. Классификация. Свойства. Области применения.

27. Древеснослоистые пластики (ДСП). Классификация. Свойства. Области применения.

28. Вспененные полимеры. Классификация. Свойства. Области применения.

29. Натуральный каучук. Свойства. Области применения.

30. Синтетические каучуки. Классификация. Свойства. Области применения.

31. Полисульфоны. Свойства. Области применения 32. Полиэфирсульфоны. Свойства. Области применения 33. Конструкционные пластмассы. Классификация. Свойства. Области применения 34. Пластмассы общего назначения. Классификация. Свойства. Области применения 35. Пластмассы специального назначения. Классификация. Свойства. Области применения 36. Углепластики. Свойства. Технология получения, виды. Области применения.

37. Органопластики. Классификация. Свойства. Области применения.

38. Углерод-углеродные композиционные материалы. Свойства. Технология получения. Области применения.

39. Технический углерод. Классификация. Свойства. Состав. Технология получения, виды сырья. Области применения.

40. Магнезиальные цементы. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

41. Гидравлические вяжущие. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

42. Воздушные вяжущие. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

43. Портланд-цемент. Классификация. Свойства. Виды сырья. Области применения.

44. Керамика. Классификация. Свойства. Области применения.

45. Стекла. Классификация. Свойства. Области применения.

46. Ситаллы. Свойства. Области применения.

47. Углеродные огнеупорные материалы. Свойства. Технология получения. Области применения.

48. Конструкционная керамика. Классификация. Свойства. Области применения.

49. Кислотоупорная керамика. Классификация. Свойства. Области применения.

50. Применение конструкционной керамики в химической промышленности. Классификация. Свойства. Области применения.

51. Применение конструкционных пластмасс в химической промышленности. Классификация. Свойства. Области применения.

52. Применение углеродных материалов в химической промышленности.

Классификация. Свойства. Области применения.

53. Углеродные волокна из пека. Свойства. виды сырья. Назначение. Области применения.

54. Углеродные волокна из полиакрилнитрила. Свойства. Области применения.

55. Гибридные композиционные материалы. Классификация. Состав. Области применения.

56. Композиционные материалы на основе металлической матрицы. Классификация. Свойства. Области применения.

57. Композиционные материалы на основе керамической матрицы. Классификация. Свойства. Области применения.

58. Композиционные материалы на основе полимерной матрицы. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

59. Методы переработки термопластов. Классификация. Области применения.

60. Методы переработки реактопластов. Классификация. Области применения.

61. Термостойкие пластмассы. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

62. Самозатухающие пластмассы. Классификация. Свойства. Состав. Области применения 63. Методы получения композиционных материалов. Классификация. Области применения.

64. Неорганические полимеры. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

65. Фосфатные связующие. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

66. Связующие на основе жидкого стекла. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

67. Клеи и герметики. Классификация. Свойства. Состав. Области применения.

68. Клеи и герметики на основе термопластов. Свойства. Состав. Области применения.

69. Клеи и герметики на основе реактопластов. Свойства. Состав. Области применения.

70. Клеи и герметики на основе каучуков. Свойства. Состав. Области применения.

71. Магнезитные огнеупоры. Свойства. Состав. Области применения.

72. Динасовые огнеупоры. Свойства. Состав. Области применения.

73. Шамотные огнеупоры. Свойства. Состав. Области применения.

74. Фарфор. Свойства. Состав. Области применения.

75. Фаянс. Свойства. Состав. Области применения.

76. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства контактной серной кислоты.

77. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства контактной серной кислоты нитрозным способом.

78. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства зкстрационной фосфорной кислоты.

79. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства конверсии природного газа.

80. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства контактной азотной кислоты 81. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства концентрирования серной кислоты.

82. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства метанола.

83. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства аммиака.

84. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства стирола.

85. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства полиэтилена.

86. Конструкционные материалы и их коррозионная стойкость в условиях производства полиэфирсульфона.

87. Сплавы алюминия в химической технологии.

88. Сплавы титана в химической технологии.

89. Сплавы магния химической технологии.

90. Лакокрасочные защитные покрытия.

91. Металлические защитные покрытия.

92. Биохимическая коррозия.

93. Рациональное конструирование как метод защиты от коррозии.

94. Газовая коррозия.

95. Влияние структуры сплавов на их коррозионную стойкость.

96. Механизмы электрохимической защиты.

97. Организация и применение катодной защиты в химической промышлнности.

98. Грунтовая коррозия металлов и сплавов.

99. Кислородная коррозия оборудования химико-технологического производства.

100. Кремнистый чугун. Свойства. Состав. Области применения.

2. ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМАМ

1. Материаловедение как наука. Цели, объекты, методы исследования.

2. Свойства конструкционных материалов. Механические, физические, химические и технологические свойства. Методы их определения 3. Алгоритм подбора конструкционных материалов.

4. Строение и свойства фаз в сплавах. Твердые растворы.

5. Диаграммы состояния. Примеры.

6. Геометрические способы построения диаграмм состояния 7. Диаграммы “состав-свойство” (диаграммы Курнакова- Жемчужного).

8. Самопроизвольная кристаллизация металлов.

9. Основы процесса кристаллизации. Формы кристаллов. Дендритная схема роста кристаллов.

10. Основные типы идеальных кристаллических структур 11. Строение и свойства реальных кристаллов. Точечные, линейные и поверхностные дефекты реальной кристаллической структуры.

12. Основные методы определения микро- и макроструктуры материалов 13. Аллотропические (полиморфные) превращения железа.

14. Строение и свойства реальных кристаллов. Точечные, линейные, и поверхностные дефекты кристаллической структуры.

15. Применение дислокационной теории для объяснения прочностных свойств металлов.

16. Основные методы разливки стали. Сравнительная характеристика.

17. Разливка стали в изложницах. Строение и дефекты слитков.

18. Способ и устройство непрерывной разливки стали. Преимущества по сравнению с разливкой стали в изложницах.

19. Основные структуры железоуглеродных сплавов.

20. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3C.

21. Термическая обработка стали. Отжиг.

22. Термическая обработка стали. Закалка.

23. Термическая обработка стали. Отпуск.

24. Термическая обработка стали. Нормализация.

25. Химико-термическая обработка стали. Азотирование.

26. Химико-термическая обработка стали. Алитирование.

28. Химико-термическая обработка стали. Нитроцементация.

29. Химико-термическая обработка стали. Цианирование.

30. Химико-термическая обработка стали. Цементация.

31. Химико-термическая обработка стали. Силицирование.

32. Химико-термическая обработка стали. Борирование.

33. Химико-термическая обработка стали. Хромирование.

1. Стали. Классификация.

2 Стали. Влияние примесей.

3. Углеродистые стали. Классификация. Маркировка. Применение.

4. Легированные стали. Классификация. Маркировка. Применение.

5. Легированные стали. Влияние легирующих добавок.

6. Инструментальные стали. Классификация. Маркировка. Применение.

7. Стали специального назначения с особыми свойствами. Применение.

8. Серые чугуны. Классификация. Примеси.

9. Белые чугуны. Применение.

10. Коррозионностойкие чугуны. Маркировка. Применение.

11. Медь и ее сплавы. Свойства. Маркировка. Применение.

12. Никель и его сплавы. Свойства. Маркировка. Применение.

13. Титан и его сплавы. Свойства. Маркировка. Применение.

14. Магний и его сплавы. Свойства. Маркировка. Применение.

15. Алюминий и его сплавы. Свойства. Маркировка. Применение.

16. Тугоплавкие металлы. Свойства. Применение.

17. Антифрикционные материалы. Свойства. Применение.

Неметаллические конструкционные материалы Общая характеристика и области применениия неметаллических материалов.

Неметаллические неорганические материалы Классификация и общая характеристика неметаллических неорганических материалов. Ситаллы.

Неорганические стекла. Состав. Структура. Свойства. Области применения.

Техническая керамика и огнеупоры. Структура. Свойства. Области применения. Перспективные направления развития керамических материалов.

Вяжущие материалы. Виды. Свойства. Области применения.

Материалы на основе высокомолекулярных соединений Классификация высокомолекулярных соединений. Особенности молекулярной структуры полимеров и их свойства.

Пластмассы, их классификация. Основные виды пластмасс, их свойства и области применения.

Резинотехнические материалы. Состав. Свойства. Получение. Применение.

Лакокрасочные материалы. Состав. Свойства. Получение. Применение.

Клеи и герметики.. Состав. Свойства. Получение. Применение Композиционные материалы Основные представления о композиционных материалах.

Типы композиционных материалов: на основе полимерной матрицы;

на основе металлической матрицы; на основе керамической матрицы; углерод-углеродные композиционные материалы.

Основные характеристики и области применения композиционных материалов.

3. ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

1. Привести фрагмент диаграммы состояния железо-цементит, соответствующий интервалу концентраций углерода 0.0-0.8 масс. %.

2. По диаграмме состояния железо-цементит описать процесс охлаждения расплава с концентрацией по углероду 0.1 масс. % в интервале температур 727-1450оС 3. По диаграмме состояния железо-цементит определить составы фаз с концентрацией по углероду 0.1 масс. % и температуре 700оС 4. По диаграмме состояния железо-цементит определить состав шихты железо-углерод с температурой начала плавления 1500оС 5. По диаграмме состояния железо-цементит определить температуру начала плавления шихты железо-углерод с содержанием по углероду 2. масс. %.

6. По диаграмме состояния железо-цементит определить температурой начала кристаллизации расплава железо-углерод с содержанием по углероду 0.3 масс. %.

7. По диаграмме состояния железо-цементит парами значений «концентрация углерода-температура» дать точки, ограничивающие область существования следующих структур Ц 8. Дать описание -Fe 9. Показать на диаграмме состояния железо-цементит температурный режим диффузионного отжига 9. Дать описание процесса цементации с твердым карбюризатором

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

1. Классификация сталей по химическому составу.

2. Маркировка сталей обыкновенного качества.

3. Деформируемые сплавы алюминия.

4. Маркировка сплавов на основе алюминия.

5. Бериллий. Свойства. Области применения.

6. Антифрикционные сплавы.

7. Спеченные алюминиевые порошки.

8. Маркировка латуней.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

1. Неметаллические конструкционные материалы. Материалы силикатной технологии. Керамика.

2. Неметаллические конструкционные материалы. Пластмассы. Реактопласты. Свойства. Классификация. Применение.

3. Неметаллические конструкционные материалы. Композиционные материалы на основе углеродной матрицы. Методы получения.

Свойства. Применение.

4. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

ПО КУРСУ «ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ»

Материаловедение как прикладная наука о строении и свойствах технических материалов. Объект изучения – конструкционные материалы для химической и смежных отраслей промышленности. Задачи курса – изучение строения и свойств конструкционных материалов, химического воздействия на них технологической и окружающей среды, защита от этих воздействий, использование конструкционных материалов в химических и смежных отраслях промышленности.

4.1.1. Строение и свойства конструкционных материалов Кристаллические и аморфные материалы. Строение кристаллических материалов: кристаллическая решетка, типы элементарных ячеек. Типы связей и кристаллические структуры. Строение и свойства сложных фаз в сплавах: твердые растворы, промежуточные фазы. Строение и свойства реальных кристаллов: точечные, линейные и поверхностные дефекты кристаллической структуры. Влияние дефектов кристаллической структуры на свойства материалов.

Основы процесса кристаллизации: термодинамика процесса, формы кристаллов, строение слитков.

Типовые диаграммы состояния бинарных сплавов. Диаграммы “состав-свойство”.

4.1.2. Эксплуатационные свойства конструкционных Классификация конструкционных материалов:

- по применению (химические аппараты и машины, трубопроводы, элементы измерительной и управляющей аппаратуры, несущие и строительные конструкции);

-. по назначению (конструкционные, прокладочные, защитные);

- по природе (металлы и сплавы черные и цветные, силикатные, на основе высокомолекулярных соединений).

Классификация воздействий на конструкционные материалы:

- виды воздействий (механические, физические, химические);

- характер воздействий (механические напряжения от воздействия технологической и окружающей среды, поверхностное химическое взаимодействие с технологической и окружающей средой, эрозия).

Эксплуатационные свойства конструкционных материалов – механические: прочность, предел текучести, модуль упругости, ползучесть и модуль ползучести, ударная прочность, пластичность, твердость.

Физические: тепловые свойства, в том числе коэффициенты расширения, теплоемкость, теплопроводность, магнитные свойства.

Технологические: литейные свойства, свариваемость, способность к обработке резанием, способность к обработке деформацией и др.

Химические: химическая стойкость к агрессивным средам, адгезионные свойства.

Классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозия. Коррозионностойкие материалы. Защита от коррозии и внешних воздействий.

Алгоритм подбора конструкционных материалов.

4.2 Металлические конструкционные материалы 4.2.1 Конструкционные материалы на основе железа Аллотропические превращения железа. Фазовые состояния системы “Fe-C”. Диаграмма состояния “Fe-Fe3C”. Термическая обработка сплавов:

отжиг, нормализация, закалка, отпуск, назначение, режимы.

Химико-термическая обработка сплавов: цементация, азотирование, нитроцементация, диффузионная металлизация. Назначение, режимы.

Влияние примесей на свойства сталей. Углеродистые стали: классификация, маркировка, свойства, применение. Легированные стали: влияние легирующих добавок на полиморфизм железа.

Классификация, маркировка, свойства, применение легированных сталей.

Легированные стали с особыми свойствами: коррозионностойкие, жаропрочные и др.

Чугуны: классификация, маркировка, свойства, применение.

4..2 2. Цветные металлы и сплавы Цветные металлы: алюминий, магний, медь, титан, никель, хром, свинец и др. и их сплавы. Тугоплавкие металлы. Материалы, получаемые методом порошковой металлургии. Их физические, химические, механические свойства; области применения.

4.4 Неметаллические конструкционные материалы 4.4.1 Общая характеристика и области применения неметаллических конструкционных материалов 4.4.2 Неметаллические неорганические материалы.

4.4.2.1 Вяжущие материалы:

Основные свойства и области применения вяжущих.

Воздушные, гидравлические, кислотоупорные и огнеупорные вяжущие материалы.

4.4.2.2 Керамические изделия Основные свойства и области применения керамических изделий.

Строительные материалы, фарфор и фаянс, огнеупорная и специальная керамика.

4.4.2.3 Стекла Основные свойства и области применения стекол.

Стекла: строительное, архитектурное, техническое, тарное, химическое, бытовое.

4.5 Материалы на основе высокомолекулярных соединений 4.5.1 Высокомолекулярные соединения 1) Классификация: по происхождению (природные и синтетические), по химическому составу (гомополимерные и гетерополимерные) 2) Мономеры и олигомеры, полимеры и сополимеры.

3) Основные виды материалов на основе высокомолекулярных соединений.

4.5.2. Пластмассы Основные компоненты, термопласты и реактопласты, основные свойства пластмасс и методы их определения, методы переработки пластмасс.

4.5.3 Клеи и герметики Преимущества клеевых соединений перед традиционными способами соединений (сварными, клепанными, болтовыми и т.д.). Классификация клеев и герметиков: термореактивные, термопластичные, на основе каучуков.

4.5.4 Резинотехнические изделия Основные компоненты и способы получения резинотехнических изделий. Свойства и области применения.

4.5.5 Лакокрасочные материалы Основные компоненты и способы получения лакокрасочных материалов. Способы подготовки поверхности материалов перед окраской и основные методы нанесения лакокрасочных покрытий.

4.6 Композиционные материалы Основные представления о композиционных материалах. Упрочняющее действие порошковых и волокнистых наполнителей.

Типы композиционных материалов: на основе полимерной матрицы (стеклопластики, органопластики, углепластики); на основе металлической матрицы; на основе керамической матрицы; углерод-углеродные композиционные материалы.

Основные характеристики и области применения композиционных материалов.

1. Материаловедение и технология металлов/ Под ред. Г.П.

Фетисова. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. – 638 с.

2. Основы материаловедения /Под ред. И.И. Сидорина. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1988. – 436 с.

3. Жуков А. П. Основы материаловедения. Ч. 1. Металловедение/ РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 1999. – 156 с.