материловедение

Экзамен

Для допуска к экзамену обучающийся должен полностью выполнить весь объем практических и лабораторных работ, а также выполнить и сдать расчетно-графическую работу.

Курсовой экзамен является одной из основных форм управления и контроля учебной работы студента.

Уровень знаний студентов по результатам экзамена определяется и фиксируется в экзаменационной ведомости, протоколе и зачетной книжке обучающегося с использованием следующих оценок: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно» (оценка «неудовлетворительно» в зачетную книжку не проставляется).

Основой для определения оценки на экзаменах служит уровень усвоения обучающимися материала, предусмотренного учебной программой дисциплины.

Для получения положительной оценки («отлично», «хорошо», «удовлетворительно») обучающийся должен ответить на все вопросы экзаменационного билета. По каждому вопросу ставится своя оценка по пятибалльной шкале, затем высчитывается среднее арифметическое значение оценок за три вопроса, которое округляется до целого по правилам математики.

Оценка «отлично» ставится обучающемуся, полно и грамотно сформулировавшему ответ на все вопросы с необходимыми формулами и иллюстрациями.

Оценки «хорошо» заслуживает обучающийся, обнаруживший полное знание учебнопрограммного материала, грамотно и по существу его изложивший, допустивший небольшие погрешности в ответе на теоретические вопросы, но успешно решивший практическое задание (задачу).

Оценки «удовлетворительно» заслуживает обучающийся, обнаруживший знание основного учебно-программного материала в объеме, необходимом для дальнейшей учебы и предстоящей работы по профессии. Оценка «удовлетворительно» выставляется обучающимся, допустившим значительные погрешности в ответе на теоретические вопросы и при решении практических заданий, но верно изложившим основы материаловедения.

Оценка «неудовлетворительно» выставляется обучающемуся, обнаружившему пробелы в знаниях основного учебно-программного материала, допустившему принципиальные ошибки при ответе на теоретические вопросы и не способному решить практические задания. Как правило, оценка «неудовлетворительно» ставится обучающимся, которые не могут продолжить обучение без дополнительных занятий по дисциплине «Общее материаловедение».

Билет содержит 2 теоретических вопроса и одну практическую задачу. Задачи экзаменационного билета подобны задачам, рассматриваемым на практических и лабораторных работах.

Пример экзаменационного билета:

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1

по дисциплине «Общее материаловедение» для студентов направления 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»

1.Понятие полиморфизма. Термодинамический стимул полиморфного превращения. Металлы, обладающие полиморфизмом. Принцип структурного и размерного соответствия Данкова и Конобеевского. Диффузионный и сдвиговой механизмы полиморфного превращения.

11

2.Диаграмма состояния «железо-цементит». Процессы структурообразования сталей при охлаждении из аустенитной области диаграммы.

3.Вычертить диаграмму состояния Ag-Cu. Проанализировать структурообразование сплава, содержащего 80 % Ag и 20 % Cu, в интервале температур от 1000 °С до 20 °С, описать фазовые превращения и образующиеся структуры на каждом этапе охлаждения.

Зав.кафедрой _____________________

«___»______________________20__ г.

Примеры решения задач (вопрос 3 экзаменационного билета). Тип 1.

Задание. Вычертить диаграмму состояния Ag-Cu. Проанализировать структурообразование сплава, содержащего 80 % Ag и 20 % Cu, в интервале температур от 1000 °С до 20 °С, описать фазовые превращения и образующиеся структуры на каждом этапе охлаждения.

Решение задачи

Анализ структурообразования проводим с построением кривой охлаждения. На диаграмме состояния проводим фигуративную линию сплава, проходящую через точку на оси концентраций, соответствующую заданному химическому составу сплава. Отмечаем точки пересечения фигуративной линии со всеми линиями диаграммы состояния:

a – точка пересечения с линией ликвидус;

b – точка пересечения с линией солидус и с линией эвтектического превращения; Переносим температуры точек а и b на кривую охлаждения.

12

C охлаждением, у фазы α уменьшается период решетки, что приводит к снижению способности серебра растворять в себе медь. Этому соответствует линия сольвус cf. Поэтому дальнейшее охлаждение сопровождается выделением из фазы α избытка Cu в виде вторичной фазы βII в зернах - фазы по экзотермической реакции.

Gосле полного охлаждения и окончания всех возможных превращений структура сплава представлена эвтектикой э( + ) и -фазой, в зернах которой располагается вторичная фаза II.

Тип 2.

Задание. Определить количество и состав фаз сплава, содержащего 80 % Ag и 20 % Cu, при температуре 800 °С.

Решение задачи

Для решения задачи пользуемся правилом отрезков. Проводим изотерму mxn через фигуративную точку сплава. Проекция точки m на ось концентраций X отражает состав фазы α (~12 % Cu 88 % Ag). Проекция точки n на ось концентраций Xж отражает состав жидкой фазы

(~39 % Cu 61 % Ag).

m n

x

Xж

X

Количество фаз определяют по правилу отрезков:

Qα=xn/mn*(100 %); Qж= mx / mn*(100 %),

где Q – количество -фазы, Qж – количество жидкой фазы при температуре 800 °С. Тип 3.

Задание. По результатам механических испытаний на растяжение стального образца, приведенным в таблице, определить механические характеристики: предел пропорциональности, временное сопротивление, относительное удлинение.

14

Исходные размеры рабочей части образца: диаметр 5 мм, длина 25 мм

Решение задачи

Для решения задачи строим кривую нагружения в координатах «усилие Р – перемещение

l».

Для определения предела пропорциональности проводим прямую из начала координат по начальному упругому участку кривой нагружения - ор. Отмечаем на прямой точку р – начало отклонения кривой нагружения от прямолинейности. Определяем усилие, соответствующее этой точке Рпц 2900 Н.

Определяем площадь поперечного сечения образца:

мм2.

Определяем предел пропорциональности:

МПа.

15

Для определения временного сопротивления отмечаем на кривой нагружения точку b, соответствующую максимальному усилию. Определяем усилие, соответствующее этой точке

Рв 4500 Н.

Определяем временное сопротивление:

МПа.

Для определения относительного удлинения из конечной точки диаграммы нагружения k проводим прямую, параллельную начальному участку ор. Отмечаем точку пересечения этой прямой с осью l - точку l. Определяем величину перемещения, соответствующую точке l: мм.

Находим величину относительного удлинения:

%.

Вопросы для контроля

1.Межатомное взаимодействие. Зависимость сил межатомного взаимодействия от расстояния между атомами. Равновесное расстояние между атомами. Энергия связи.

2.Кристаллическое строение металлов. Понятия: кристаллическая решетка, узлы, параметры, элементарная ячейка кристаллической решетки. Основные типы кристаллической решетки, характерные для металлов: ОЦК, ГЦК, ГПУ. Число частиц, приходящихся на одну элементарную ячейку. Коэффициент компактности. Поры в кристаллической решетке. Анизотропия свойств кристаллов.

3.Кристаллическое строение металлов. Правила определения индексов кристаллографических плоскостей и направлений в кубической и гексагональной решетке. Примеры.

4.Точечные дефекты кристаллического строения металлов. Их виды, влияние на

свойства.

5.Линейные дефекты кристаллического строения. Понятие краевой и винтовой дислокации. Вектор Бюргерса дислокации. Движение дислокаций. Влияние дислокаций на свойства металлов. Теоретическая и практическая прочность кристаллов.

6.Поверхностные дефекты кристаллического строения. Их виды, влияние на свойства.

7.Понятие полиморфизма. Термодинамический стимул полиморфного превращения. Металлы, обладающие полиморфизмом. Принцип структурного и размерного соответствия Данкова и Конобеевского. Диффузионный и сдвиговой механизмы полиморфного превращения.

8.Кристаллизация. Определение. Термодинамические условия кристаллизации. Степень переохлаждения. Влияние скорости охлаждения на величину степени переохлаждения. Кинетические параметры процесса кристаллизации. Их зависимость от степени переохлаждения. Влияние степени переохлаждения на размер зерен слитка.

9.Понятие о центрах кристаллизации. Изменение термодинамического потенциала системы при появлении центров кристаллизации. Критический размер зародыша. Строение слитка при затвердевании в нормальных условиях. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации. Понятие о модифицировании.

10.Структура слитка, затвердевшего в нормальных условиях. Влияние условий кристаллизации на структуру слитка.

11.Понятие об упругой и пластической деформации металлов. Структурные изменения при холодной пластической деформации. Влияние деформации на свойства металлов. Понятие наклепа.

12.Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Возврат. Стадии возврата, структурные изменения, их влияние на свойства.

16

13.Структурные изменения при нагреве холоднодеформированного металла. Рекристаллизация. Стадии рекристаллизации, структурные изменения, их влияние на свойства.

14.Зависимость рекристаллизованного зерна от степени холодной деформации, температуры нагрева и времени выдержки. Диаграмма рекристаллизации.

15.Понятие о механических свойствах металлов. Испытания на статическое растяжение. Вид образцов. Типы диаграммы растяжения. Характеристики, определяемые при испытаниях на растяжение.

16.Понятие о твердости материалов. Методы определения твердости по Бринеллю и Роквеллу: приборы, проведение испытания, запись результата.

17.Механические свойства, определяемые при динамических испытаниях: KCU, KCT, KCV. Методика определения.

18.Теория сплавов. Понятия: сплав, фаза, структура, химическое соединение. Типы твердых растворов: замещения, внедрения, вычитания. Условия образования неограниченных твердых растворов.

19.Понятие промежуточных фаз. Химические соединения, электронные соединения, фазы Лавеса, фазы внедрения. Отличия промежуточных фаз от твердых растворов.

20.Понятия о диаграммах состояния (фазового равновесия) в двухкомпонентных системах. Правило фаз. Правило отрезков для определения количественного соотношения фаз и их химического состава при заданных температуре и концентрации компонентов.

21.Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Линии диаграммы состояния. Формирование структуры сплавов при охлаждении с температуры существования жидкого раствора.

22.Диаграмма состояния сплавов с эвтектическим превращением. Линии диаграммы состояния. Формирование структуры сплавов разного состава при охлаждении с температуры существования жидкого раствора.

23.Диаграмма состояния сплавов с перитектическим превращением. Линии диаграммы состояния. Формирование структуры сплавов разного состава при охлаждении с температуры существования жидкого раствора.

24.Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения и сплавов с полиморфными превращениями. Линии диаграммы состояния. Формирование структуры сплавов разного состава при охлаждении с температуры существования жидкого раствора.

25.Диаграмма состояния «железо-цементит». Компоненты и фазы.

26.Диаграмма состояния «железо-цементит». Процессы структурообразования сталей разного состава при охлаждении из аустенитной области диаграммы.

27.Диаграмма состояния «железо-цементит». Процессы структурообразования чугунов разного состава при охлаждении из области жидкого раствора диаграммы.

28.Виды чугунов. Процесс графитизации. Структура и свойства чугунов.

5.1 Типовые оценочные материалы

Оценочные материалы для лабораторных работ 1. Лабораторная работа 1

Раздел дисциплины: Механические свойства металлов и сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 1 Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 1.

Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о методах определения твердости металлов и сплавов.

3.Последовательность выполнения испытаний и обработки данных.

4.Оценка погрешностей определения твердости.

5.Таблица механических характеристик.

6.Выводы, в которых необходимо отразить преимущества и недостатки разных методов определения твердости.

2.Лабораторная работа 2

17

Раздел дисциплины: Формирование структуры металлов и сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 1.

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 2. Отчет по работе должен содержать:

1.Цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о закономерностях процесса кристаллизации.

3.Схематичные эскизы макроструктуры слитков, полученных в различных условиях охлаждения и строения затвердевших капель солей.

4.Выводы по работе, в которых необходимо отразить, каким образом можно повляить на структуру слитка.

3.Лабораторная работа 3

Раздел дисциплины: Формирование структуры металлов и сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 2.

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 3. Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о природе изменения свойств и структуры при холодной пластической деформации металлов и сплавов.

3.Экспериментальные данные в виде таблицы, графика и эскизов микроструктуры.

4.Выводы, в которых описывается влияние холодной пластической деформации на твердость стали.

4.Лабораторная работа 4

Раздел дисциплины: Формирование структуры металлов и сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 2.

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 4. Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о природе изменения свойств и структуры при нагреве холоднодеформированной стали.

3.Экспериментальные данные в виде таблицы, графика и эскизов микроструктуры.

4.Выводы, в которых описывается влияние нагрева на структуру и свойства стали после холодной пластической деформации.

5.Лабораторная работа 5

Раздел дисциплины: Теория сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 3.

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 5. Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о диаграммах состояния двойных систем.

3.Экспериментальные данные в виде кривых охлаждения и эскизов микроструктуры сплавов разных систем.

4.Выводы, в которых описываются закономерности формирования микроструктуры в зависимости от диаграммы фазового равновесия.

6.Лабораторная работа 6

Раздел дисциплины: Теория сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 4.

18

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 6. Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о диаграмме состояния «железо-углерод».

3.Экспериментальные данные в виде кривых охлаждения и эскизов микроструктуры разных сплавов системы «железо-углерод».

4.Выводы, в которых описываются закономерности формирования микроструктуры сплавов с разным содержанием углерода.

7.Лабораторная работа 7

Раздел дисциплины: Теория сплавов

Задание выполняется на лабораторном занятии № 4.

Результатом выполнения является отчет по лабораторной работе № 7. Отчет по работе должен содержать:

1.Название и цель работы.

2.Краткие теоретические сведения о влиянии углерода на структуру и свойства сталей.

3.Экспериментальные данные в виде таблицы, графика и эскизов микроструктуры разных сталей».

4.Выводы, в которых описываются закономерности влияния содержания углерода на структуру и свойства сталей.

Критерии оценки лабораторных работ: Выполнение лабораторных работ оценивается оценками «зачтено» или «не зачтено». Оценка «зачтено» выставляется обучающемуся, если он полностью выполнил практическое задание лабораторной работы, оформил отчет и ответил на контрольные вопросы. Оценка «не зачтено» выставляется в том случае, когда студент не выполнил практическую часть лабораторной работы, допустил грубые ошибки при анализе результатов практического задания или при оформлении отчета, или не смог ответить на вопросы по проделанной работе.

Оценочные материалы для практических занятий

Комплект заданий для практической работы 1 Раздел дисциплины: Кристаллическое строение металлов

Обучающемуся предлагается решить 5 задач по построению кристаллографических плоскостей и направлений в кубической и гексагональной решетке.

Пример типовой задачи. Построить пространственное изображение указанных направлений в кубе: ; ; ; ; ; ; ; ; .

Комплект заданий для практической работы 2 Раздел дисциплины: Формирование структуры металлов и сплавов

На практическом занятии рассматриваются основные закономерности анализа макроструктуры металлов и сплавов.

Комплект заданий для практической работы3 Раздел дисциплины: Формирование структуры металлов и сплавов

На практическом занятии обучающиеся знакомятся с разными методами оценки микроструктуры.

Выдается набор микрофотографий структуры материалов для качественного и количественного анализа.

19

Пример типового задания.

Зарисовать схематично однофазную микроструктуру стали. Определить балл зерна и средний размер зерен.

х 200

Зарисовать схематично двухфазную структуру сплава. Определить объемное соотношение фаз. Описать микроструктуру.

х 450

Комплект заданий для практической работы 4 Раздел дисциплины: Механические свойства металлов и сплавов

Обучающимся выдается таблица данных, полученных при испытаниях образцов на одноосное растяжение. Предлагается определить основные механические характеристики: предел пропорциональности, предел текучести, временное сопротивление, абсолютное и относительное удлинение.

Пример типового задания.

При проведении механических испытаний образцов получены данные, приведенные в таблице.

Таблица. Результаты механических испытаний образцов

20