 |
Расширенная программа курса
|
|
|
|
Методические указания
Для выполнения контрольных работ по курсу
«Электротехническое и конструкционное материаловедение»
для специальности Э3,5
заочная форма обучения
Кафедра МиФМ
Уфа – 2013
Введение
В курсе «Материаловедение и технология конструкционных материалов», в которой изучаются закономерности определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их состава и условий обработки, а также методы переработки материалов в изделия является одной из основных дисциплин, определяющих подготовку инженера.
Современные технические устройства часто состоят из большого количества деталей, к которым предъявляются разнообразные требования. Так, к примеру, детали должны обладать высокой механической прочностью, иметь заданный уровень электропроводности, обладать коррозионной стойкостью и так далее. Наконец изделие в целом, а, следовательно, и отдельные детали должны быть дешевыми. Поэтому правильный выбор материала и технологии получения из него детали является серьезной задачей.
В методических указаниях подробно рассмотрены те вопросы, которые вызывают наибольшее затруднение при самостоятельном изучении дисциплины.
Учебный материал следует изучать в последовательности указанной в программе. Перед изучением каждой темы внимательно прочтите методические указания. Изучая учебный материал, обязательно ведите конспект, в котором кратко записывайте основное содержание темы, оставляя поля для возможных дополнений и комментариев.
В программе изучения курса предусмотрена контрольная работа, которая выполняется в отдельной тетради. Каждый студент получает свой вариант контрольной работы. Работа, выполненная не по своему варианту, не проверяется и возвращается студенту. Вопросы контрольной работы необходимо переписывать полностью. Ответ должен быть полным по существу и кратким по форме. На каждой странице необходимо оставлять поля 40 мм для замечаний преподавателя. Текстовую часть контрольной работы следует дополнять графиками, рисунками, диаграммами и т.п. В текстовой и графической части должна соблюдаться единая терминология и обозначения в полном соответствии с действующими стандартами и системами СИ, ЕСТД и ЕСКД. На обложке тетради указываются название предмета, вариант контрольного задания, номер группы и фамилия имя отчество студента. Получив прорецензированную контрольную работу, студент должен исправить и объяснить все ошибки. Замечания преподавателя стирать нельзя.
|
|
|
При составлении методических указаний были приняты во внимание требования Государственного образовательного стандарта и использован опыт организации заочного обучения других ВУЗов.
Программа курса
Программа составлена на основе государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по подготовке инженеров.
Дисциплина относится к блоку общепрофессиональных дисциплин. В стандарте (ОПД.Ф.02) отражены основные ее положения: Основы материаловедения; типы твердых тел, их свойства; атомно-кристаллическое строение, фазово-структурный состав сплавов; типовые диаграммы состояния; деформация, термическая обработка, наклеп, рекристаллизация; металлические материалы; электроматериаловедение; классификация электротехнических материалов; диэлектрики, их электропроводность, пробой газов, жидких и твердых диэлектриков; теплопроводность; радиационная стойкость материалов; жидкие диэлектрики; полимеры; неорганические электроизоляционные материалы; проводниковые и сверхпроводниковые материалы
|
|
|
Цель дисциплины
Целью дисциплины "Материаловедение. Технология конструкционных материалов" является обеспечение профессиональной подготовки инженеров в области технологических и эксплуатационных свойствах металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов.
Основные задачи дисциплины
Основными задачами дисциплины являются::
-1. Дать знания о строении, физических, механических, электрических, магнитных, технологических и эксплуатационных свойствах металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов;
- о способах направленного изменения строения и свойств материалов;
- о поведении материалов в различных условиях внешних воздействий.
2. Научить:
- выбирать способы создания необходимой структуры материалов с целью обеспечения оптимальных свойств;
- правильно использовать материалы в зависимости от условий эксплуатации.
В результате изучения данной дисциплины инженеры должны:
иметь представление:
-о физической природе формирования структуры и свойств материалов; закономерностях их изменения при внешних физико-химических воздействиях;
-об основных механических и эксплуатационных свойствах и характеристиках электротехнических материалов, применяемых в аппарато- и приборостроении.
знать и уметь использовать:
методы выбора материалов,
назначения их обработки с целью получения структуры и свойств, обеспечивающих работоспособность электрических аппаратов и машин
должен приобрести навыки:
выбора материалов и их обработки с целью получения структуры и свойств.
Курс базируется на знаниях полученных при изучении физики и химии, в свою очередь, данная дисциплина является базовой для изучения других дисциплин технологического цикла.
Расширенная программа курса
Введение. Содержание дисциплины, ее роль в подготовке инженеров. Роль материалов в обеспечении работоспособности и надежности аппаратов и систем.
Внутреннее строение и свойства материалов.
Межатомное взаимодействие, влияние энергии межатомного взаимодействия на свойства материалов.
Типы химических связей между атомами. Влияние типа связи на свойства материалов.
|
|
|
Строение кристаллических и аморфных тел. Ближний и дальний порядок в расположении атомов. Понятие об элементарной кристаллической ячейке. Параметры ячейки. Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов. Полиморфизм. Индексы кристаллических плоскостей и направлений.
Дефекты строения реальных кристаллов. Точечные дефекты. Линейные дефекты. Поверхностные дефекты. Влияние дефектов на свойства кристаллов.
Строение металлических сплавов. Понятие о сплавах, системе, компонентах и фазах. Твердые растворы, механические смеси, химические соединения.
Металлические материалы.
Кристаллизация. Физическая природа кристаллизации металлов. Механизм и кинетика кристаллизации: зарождение и рост кристаллов. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации. Форма и размеры кристаллов. Строение слитков металлов.
Диаграммы состояния
сплавов. Диаграммы состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Диаграммы состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и эвтектикой. Диаграммы состояния сплавов с нерастворимостью компонентов в твердом состоянии и эвтектикой. Диаграммы состояния сплавов с образованием устойчивого химического соединения. Связь между структурой и свойствами сплавов.
Термическая обработка металлических материалов. Виды термообработки и их назначение, выбор режимов термообработки.
Электрические свойства проводников. Влияние структуры материала на удельное электросопротивление. Температурный коэффициент удельного электросопротивления. Контактная разница потенциалов и ее практическое использование. Материалы высокой электропроводности, физические и экономические критерии выбора материалов высокой электропроводности. Материалы высокого удельного сопротивления, критерии выбора материалов для изготовления реостатов, прецизионных резисторов и нагревательных элементов. Выбор материалов для скользящих, разрывных зажимных и цельнометаллических контактов.
|
|
|
Диэлектрические материалы
Электропроводность диэлектриков. Взаимосвязь особенностей строения диэлектрика с электрофизическими параметрами. Влияние примесей и дефектов структуры на электропроводность. Электропроводность газов, жидкостей и твердых диэлектриков. Электрическая очистка и старение диэлектриков. Экспериментальные способы определения объемного и поверхностного сопротивления.
Поляризация диэлектриков. Виды поляризации, особенности упругой и релаксационной поляризации. Механизмы поляризации. Электронная, ионная, дипольная и спонтанная поляризация. Влияние температуры и частоты электрического поля на диэлектрическую проницаемость. Практическое применение диэлектриков с различными видами и механизмами поляризации.
Диэлектрические потери. Мощность, рассеиваемая в диэлектрике электрическим полем и угол потерь. Эквивалентная схема замещения диэлектрика с потерями. Механизмы диэлектрических потерь в газообразных, жидких и твердых диэлектриках. Зависимость тангенса угла потерь от температуры, частоты и напряженности поля и строения диэлектриков. Частотная область применения диэлектриков в зависимости от тангенса угла потерь.
Электрическая прочность диэлектриков. Пробивное напряжение и электрическая прочность. Виды пробоя. Механизмы пробоя диэлектриков. Влияние агрегатного состояния диэлектрика на электрическую прочность. Влияние примесей на электрическую прочность. Поверхностный разряд. Методы повышения электрической прочности.
Активные диэлектрика. Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты, суперионные проводники. Требования, предъявляемые к активным диэлектрикам разного вида. Примеры практического использования активных диэлектриков.
Полупроводниковые материалы.
Механизм электропроводности в полупроводниках. Электронная и дырочная проводимость и их особенности. Собственная и примесная проводимость. Регулирование концентрации электронов и дырок. Вырожденные и скомпенсированные полупроводники.
Классификация полупроводниковых материалов. Экономические и физические критерии выбора полупроводниковых материалов.
Магнитные материалы
Основные магнитные свойства и физика их проявления. Природа диа- и парамагнетизма. Необходимые условия существования ферромагнетизма. Спонтанная намагниченность и доменная структура ферромагнетиков. Кривая намагничивания и петля гистерезиса. Влияние констант магнитной и кристаллографической анизотропии на магнитные свойства материалов. Магнитные потери. Динамическая, амплитудная и комплексная магнитные проницаемости. Влияние температуры, деформации и фазового состава на магнитные свойства ферромагнетиков.
|
|
|
Магнитомягкие материалы. Основные характеристики магнитомягких материалов и методы их улучшения. Основные группы магнитомягких материалов: электротехнические стали, пермаллои, альсифер, сендаст, магнитомягкие ферриты. Влияние состава материала на магнитную проницаемость, магнитные потери и индукцию насыщения. Термическая обработка магнитомягких материалов. Критерии выбора магнитомягких материалов.
Магнитотвердые материалы. Требования, предъявляемые к магнитотвердым материалам. Основные характеристики магнитотвердых материалов. Кривая размагничивания и запасенная магнитная энергия. Основные виды магнитотвердых материалов: мартенситостареющие стали, дисперсионностареющие сплавы, магнитотвердые ферриты, сплавы со сверхвысокой запасенной магнитной энергией.
|
|
|
