Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«Термическая обработка и упрочнение материалов»

(Б.3.02.01 – Профессиональный цикл, вариативная часть)

для направления подготовки бакалавров 150100.62 - Материаловедение и технология материалов Разработана в соответствии с ФГОС ВПО, ООП по направлению подготовки бакалавров 150100.62 «Материаловедение и технологии материалов»

2 1. Цели и задачи дисциплины.

Дисциплина «Термическая обработка и упрочнение материалов» посвящена изучению возможности улучшения различных эксплуатационных характеристик материалов как во всем его объеме, так и на поверхности.

Цель изучения – получение знаний о структуре и свойствах материалов в зависимости от их химического состава, способах термической обработки и технологий упрочнения.

Основные задачи дисциплины:

· Дать знания о видах и режимах термической обработки различных материалов и их поверхностного упрочнения;

· Дать знания о свойствах материалов, получающихся при использовании различных технологических процессов;

· Сформировать у бакалавра представления о влиянии термической обработки и способов упрочнения на структуру и свойства сталей и сплавов;

· Сформировать у бакалавра знания об основных принципах выбора материалов и их обработки для конкретных деталей.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Термическая обработка и упрочнение материалов» входит в базовую часть Профессионального цикла подготовки бакалавров и является основой для дисциплин Профессионального цикла.

Студент, начинающий изучение дисциплины «Термическая обработка и упрочнение материалов», должен освоить программы дисциплин: «Неорганическая и органическая химия», «Физика», «Физические основы технологических процессов», «Физическое материаловедение», «Общее материаловедение и технологии материалов».

Дисциплины, изучаемые одновременно:

Последующие дисциплины: «Основы технологии машиностроения», «Анализ материалов и проектирование технологий».

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Термическая обработка и упрочнение материалов» должны быть сформированы следующие компетенции:

Профессиональными компетенциями:

в научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности:

- уметь использовать на практике современные представления наук о материалах, о влиянии микро- и нано- масштаба на свойства материалов, взаимодействии материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками частиц (ПК-7);

- владеть навыками сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, разработки и использования технической документации, основных нормативных документов по вопросам интеллектуальной собственности, подготовки документов к патентованию, оформлению ноу-хау (ПК-8);

в производственной и проектно-технологической деятельности:

- уметь применять основные типы современных неорганических и органических материалов для решения производственных задач, владеть навыками выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, экономичности, надежности и долговечности, экологических последствий их применения (ПК-9);

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

Знать:

З.1. основы физико-химических процессов, происходящих при термической обработке и упрочнении материалов;

З.2. классификацию видов термической обработки по А.А. Бочвару и основные методы упрочнения материалов;

З.3. назначение режимов термической обработки и упрочнения материалов;

З.4. преимущество и недостатки существующих способов упрочнения материалов.

Уметь:

У.1. выбрать оптимальный способ термической обработки и способ упрочнения деталей как с экономической, так и с технологической точек зрения;

У.2. обосновать выбранный метод упрочнения материала и объяснить механизм его эффективности;

У.3. выбрать необходимое оборудование и составить технологическую карту термической обработки и всего процесса упрочнения.

Владеть:

В.1. методами определения рациональных способов и режимов термической обработки и упрочнения материалов;

В.2. методами контроля определения качества деталей, прошедших термическую обработку и упрочнение;

В.3. сведениями о перспективных способах и новых технологий в термической обработке и упрочнении материалов.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Индекс компетенции Обозначение средств и технологий оценки: КП – курсовое проектирование; К – коллоквиум;; Отч.ЛР – отчет по лабораторной работе; УО – устный опрос и собеседование на практических занятиях; Т – тестирование; Э – экзамен.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Вид занятий Самостоятельное изучение материала дисциплины и 42 подготовка к зачетам Расчетно-графическая работа Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированный Экз. Экз.

зачет, экзамен) 5 Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям 1. Методы термической обработки материалов.

2. Способы упрочнения материалов химико-термическими и физическими методами.

1 Модуль 1. Методы термической обработки материалов.

1. Полиморфные превращения. Теория диффузии и границ зерен в металлах Полиморфные превращения в сталях. Механизм полиморфного превращения.

Дислокационное строение металлов. Теория диффузии и границ зерен в металлах. Строение сплавов железо-углерод.

2. Превращения при нагреве стали. Превращения аустенита при охлаждении (перлитное) Особенности поведения различных сталей при нагреве. Перегрев и пережог сталей. Кинетика перлитного превращения и влияние на нее легирующих элементов. Свойства продуктов ферритно-перлитного превращения.

Морфология перлита.

3. Превращение аустенита при охлаждении (мартенситное и промежуточное превращения) Структура мартенсита. Свойства мартенсита. Мартенситное превращение.

Атермическое и изотермическое мартенситное превращение. Нормальное и мартенситное превращение. Промежуточное (бейнитное) превращение.

Механизм промежуточного превращения. Свойства продуктов промежуточного превращения.

4. Отжиг первого рода Гомогенизационный отжиг. Рекристаллизационный и дорекристаллизационный отжиг. Выбор режимов отжига первого рода. Отжиг, уменьшающий напряжения.

5. Отжиг второго рода Общие закономерности фазовых превращений в твердом состоянии. Отжиг сталей. Отжиг чугунов. Отжиг цветных металлов и сплавов.

6. Закалка, старение и отпуск сталей и сплавов Закалка без полиморфного превращения. Нагрев и охлаждение при закалке без полиморфного превращения. Закалка с полиморфным превращением.

Закаливаемость и прокаливаемость стали. Старение и отпуск. Структурные изменения при отпуске и старении. Выбор режимов отпуска и старения сталей и сплавов.

7. Выбор нагрева сталей при термической обработке Выбор рационального режима нагрева. Скорость нагрева. Выбор времени нагрева и выдержки при термической обработке. Среда нагрева. Дефекты нагрева и их предупреждение.

8. Охлаждение при закалке Выбор охлаждающей среды. Способы закалки сталей. Практические приемы закалки. Дефекты закалки и их предупреждение. Газоплазменная поверхностная закалка.

9. Технология термической обработки типовых деталей и инструмента Особенности термической обработки зубчатых колес, коленчатого вала, пружин, рессор и др.деталей машин. Термическая обработка режущего и штампового инструмента. Механизация и автоматизация в технологии термической обработки Модуль 2. Способы упрочнения материалов химико-термическими и 10. Технологический процесс химико-термической обработки цементация Газовая цементация, цементация в твердом карбюризаторе. Цементация пастами. Дефекты цементации и их предупреждение.

11. Технологический процесс химико-термической обработки азотирование Мягкое азотирование. Азотирование сталей с различной структурой.

Оборудование, применяемое при азотировании. Ионное азотирование. Влияние азотирования на усталостную прочность. Контроль процессов азотирования.

12. Поверхностное упрочнение сталей методом нитроцементации Низкотемпературная нитроцементация. Нитроцементация при средней и высокой температуре. Структура нитроцементованного слоя. Влияние нитроцементации на различные свойства стали. Нитроцементация легированных сталей.

13. Другие способы поверхностного упрочнения деталей Насыщение бором, хромом. Комплексное насыщение ванадием, титаном, цирконием, вольфрамом, ниобием, алюминием, кремнием. Обработка быстрорежущего инструмента в атмосфере пара.

14. Упрочнение методами электролитического осаждения и растворения, химического осаждения из растворов Хромирование. Никелирование. Электрохимическое полирование.

Электрохимическое оксидирование. Фосфатирование. Эпиламирование.

15. Упрочнение методами физического воздействия высокой энергией Упрочнение методами лазерного воздействия. Упрочнение методами воздействия магнитным полем. Упрочнение методами наплавки и напыления легирующими металлами. Электронно-ионные квантовые технологии. Ионная имплантация. Электронно-лучевая обработка.

16. Упрочнение неметаллов Упрочнение твердого стекла термическими и химическими методами.

Упрочнение древесины. Упрочнение пластмасс металлизацией.

5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1. Содержание практических занятий 1 Модуль 1. Методы термической обработки материалов.

Практическая работа №1. Термическая обработка углеродистой стали. + Практическая работа №2.Термическая обработка конструкционных легированных + сталей.

Практическая работа №3. Термическая обработка инструментальной стали. + Практическая работа №5. Термическая обработка сварных соединений. + Модуль 2. Способы упрочнения материалов химико-термическими и Практическая работа №8. Комбинированные способы упрочнения поверхности. + Практическая работа №9. Упрочнение методами физического воздействия. + 5.2.2. Содержание лабораторных работ Цель лабораторного практикума – изучение методов экспериментального исследования, приобретение опыта в проведении лабораторных экспериментов, приобретение опыта математической обработки и интерпретации полученных результатов.

Содержание курса лабораторного практикума 1 Модуль 1. Методы термической обработки материалов.

Лабораторная работа №1 Определение прокаливаемости стали. + Лабораторная работа №2. Термическая обработка углеродистых и легированных + сталей.

Лабораторная работа №3. Термическая обработка цветных сплавов. + 2 Модуль 2. Способы упрочнения материалов химико-термическими и Лабораторная работа №4. Химико-термическая обработка сталей. + 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Термическая обработка и упрочнение материалов» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.

Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств информации.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности, способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их решения.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в учебном процессе.

Самостоятельное изучение литературы Контекстное обучение Проектный метод Исследовательский метод Индивидуальное обучение Опережающая работа 6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 7. Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах самостоятельное изучение отдельных тем электронных источников; чтение и изучение 4. Подготовка к лабораторным занятиям, оформление отчетов к лабораторным работам Обоснование трудоемкости (в часах) на выполнение СРС: согласно устного опроса студентов.

7.2. Курсовой проект Курсовой проект выполняется с целью закрепления теоретических знаний лекционного курса и развития у студентов навыков в выборе рационального конструкционного материала изделия на основе анализа предъявляемых требований, проектировании технологического процесса изготовления изделия. Задание на типовой курсовой проект предусматривает проектирование технологического процесса изделия:

графическая часть – 2 листа (А1);

пояснительная записка – 40-50 стр.

7.3. Домашнее задание.

1. Разработка технологического процесса химико-термической обработки после цементации.20 вариантов.

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Термическая обработка и упрочнение материалов» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители выпускающей кафедры.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Термическая обработка и упрочнение материалов»

включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- варианты контрольных вопросов для коллоквиумов;

- тестовый комплекс;

- варианты РГР.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Термическая обработка и упрочнение материалов» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1. Методы термической обработки материалов.

1. Механизм образования аустенита при нагреве стали.

2. В чем различие между перлитом, сорбитом и трооститом?

3. Что такое мартенсит и в чем особенности мартенситного превращения?

4. Что такое критическая скорость закалки?

5. От чего зависит количество остаточного аустенита?

6. Как влияют легирующие элементы на превращения в стали?

7. Дайте определения основных процессов термической обработки: отжиг, нормализация, 8. Какие вам известны разновидности процесса отжига и для чего они применяются?

9. Какова природа фазовых и термических напряжений?

10. Способы закалки стали.

11. Каковы виды и причины брака при закалке?

12. Назовите охлаждающие среды при закалке и каковы их особенности?

13. От чего зависит прокаливаемость стали и в чем ее технологическое значение?

14. Назовите известные технологические приемы уменьшения деформации при термической обработке.

15. С какой целью производится обработка стали холодом?

16. Особенности закалки стали токами высокой частоты.

17. Каковы преимущества поверхностной индукционной закалки?

Модуль 2. Способы упрочнения материалов химико-термическими и физическими методами.

18. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?

19. Химизм процесса азотирования.

20. Назначение цементации и режим термической обработки после нее.

21. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?

22. Химизм и назначение процесса цианирования.

23. Как влияет поверхностное упрочнение на эксплуатационные свойства деталей?

24. Перечислите электрофизические методы упрочнение поверхности.

25. В чем заключается лазерная обработка поверхности?

26. Какой термической обработке подвергаются шарикоподшипниковые стали?

27. Назовите причину образования феррито-мартенситной структуры после закалки стали 45.

28. Что происходит с закаленной сталью при отпуске?

29. Какие отличия существуют между перлитом, сорбитом и трооститом?

30. Дайте характеристику и принципиальные отличия отжига рода от отжига рода.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1 Современные приборы, установки (стенды), специализированные лаборатории и классы:

4 -512 Лаборатория «Металлографии»:

Микроскоп МИМ-7, МЕТАМ РВ с мультимедийной камерой,экран, телевизор, весы настольные.

4 – 509 Лаборатория «Термической обработки»:

Печи муфельные, твердомер «Виккерс», «Бринелль»,»Роквелл», ПМП-3, электронный потенциометр, шлифовальный станок, печи муфельные, установка торцовой закалки, биологические микроскоп.

4 -508,4 – 512а Компьютерные классы: ПК на базе процессора IntelCore – 14 шт., IntelPentium – 4 шт., объединённых в локальную сеть;

9.1.2. Технические средства обучения и контроля:

9.1.2.1. Мультимедийные лекционные аудитории.

9.1.2.2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

9.1.3.2. При проведении лабораторных работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб. для вузов по направлениям "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств", "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств"/ В. С. Кушнер [и др.] ; под ред. В. С. Кушнера; ОмГТУ. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009.-520 c. (Гриф) 2. Плошкин В.В. Материаловедение: учебное пособие для машиностроительных специальностей./ В.В.Плошкин.- 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Юрайт, 2011. – 1 эл. опт.

диск.(DVD-ROM) (Гриф).

9.2.2. Дополнительная литература 1. Материаловедение : метод. указания к лаб. работам/ ОмГТУ; сост.: В. С. Кушнер [и др.]. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008.-68 c.

2. Материаловедение: практикум : учеб. пособие для вузов по направлениям подгот.

"Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств", "Автоматизированные технологии и производства"/ В. С. Кушнер [и др.]; ОмГТУ. -2-е изд., перераб. и доп.. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011.-167 c. (Гриф) 9.2.3. Периодические издания 1. Материаловедение 1997-2013.

2. Металловедение и термическая обработка металлов 1975-2012.

3. Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии 2006-2012.

4. Дефектоскопия 1974-2013.

5. Технология машиностроения 2001-2012.

6. Вестник машиностроения 1975-2012.

7. Машиностроительные материалы, конструкции и расчет деталей машин. Гидропривод [Текст] : ЭРЖ 2001-2012.

9.2.4. Информационные ресурсы 3. Научная электронная библиотека Elibrary.ru.