Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 200400 «Оптотехника»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Оптико-электронные приборы и системы
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2010 г.
КУРС 2; СЕМЕСТР 3;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Химия», «Информационные технологии в оптотехнике»
КОРЕКВИЗИТЫ: дисциплины ЕНМ и ОП циклов «Электротехника», «Прикладная
механика», «Оптические материалы и технологии», «Лазерная технология и оборудование»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
18 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
36
54
36
90
часа (ауд.)
часов (ауд.)
часа
часов
часов
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЗАЧЕТ В 3 СЕМЕСТРЕ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Материаловедение и технология металлов»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
к.т.н., доцент А.Г. Мельников
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
к.ф.-м.н., доцент С.С. Вильчинская
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
к.ф.-м.н., доцент Е.П. Чинков
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины бакалавр приобретает знания, умения и
навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц2 и Ц3 основной
образовательной программы «Оптотехника».
Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к:
– производственно-технологической деятельности в области современных
высокоэффективных процессов производства и обработки конструкционных и
оптических материалов и изделий из них, связанной с выбором методов оценки,
анализа и исследования структуры и физико-механических свойств;
– проектно-конструкторской деятельности в области проектирования,
модернизации оптической и лазерной техники, контроля материалов для их
создания;
– поиску и решению научно-исследовательских и прикладных задач,
возникающих при проектировании, модернизации и разработке новой
высокоэффективной оптотехники.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла (Б.4.0).
Рабочая программа отражает структуру и логику современных представлений о
взаимосвязи между строением и свойствами материалов. Углубляются
представления о физических явлениях, происходящих в конструкционных и
оптических материалах при различном воздействии на них. Изучаются
прогрессивные методы обработки, способы получения заготовок и деталей из
различных материалов. Она непосредственно связана с дисциплинами
естественнонаучного
и
математического
(физика,
химия)
и
общепрофессионального циклов (прикладная механика) и опирается на
освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами
для дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных
материалов» являются дисциплины ЕНМ и ОП циклов: «Физика», «Прикладная
механика», «Оптические материалы и технологии», «Лазерная технология и
оборудование».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины бакалавры должны научиться самостоятельно
планировать проведение эксперимента, на основе анализа условий
эксплуатации выбирать материал и способ изготовления оптических деталей и
изделий с использованием современных технологических процессов, выбирать
оптимальные методы исследований структуры и свойств оптических и
светотехнических материалов и изделий из них, проводить математическую
обработку полученных экспериментальных результатов, анализировать
техническую информацию в области материаловедения и технологии
конструкционных и оптических материалов.
После изучения данной дисциплины бакалавры приобретают знания,
умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной
программы: Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6*. Соответствие результатов освоения
дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов»
формируемым компетенциям ООП представлено в таблице 1.
Таблица 1
Планируемые результаты обучения
Формируемые
компетенции в
соответствии с
ООП*
З.1.5, З.1.6, З.2.3,
З.7.2, З.8.2.
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:
физическую сущность явлений, происходящих в материалах в
условиях производства и эксплуатации; их взаимосвязь со
свойствами; основные свойства современных конструкционных и
оптических материалов;
экспериментальные и теоретические методы исследования
структуры и свойств конструкционных и оптических материалов;
современные технологии обработки экспериментальных данных;
принципы и этапы планирования научно-исследовательской работы;
критерии выбора материалов при проектировании и создании
приборов оптотехники; степень их надежности и безопасности.
У.1.5, У.1.6, У.2.3, В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:
У.5.3, У.7.2, У.8.2. планировать, проводить и критически оценивать результаты
экспериментальной
исследовательской
работы;
проводить
предварительное технико-экономическое обоснование собственных
и выявлять достоинства и недостатки известных технических
решений;
интегрировать различные методы и методики экспериментальных
исследований для анализа физико-механических свойств новых
конструкционных
и
оптических
материалов;
составлять
аналитические обзоры по научно-технической тематике.
В.1.3, В.2.1, В.5.3,
В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть:
В.7.1, В.8.2.
опытом работы, навыками выбора и критериями оценки
оптимальных методик и оборудования для исследований;
современными методами обработки результатов; навыками оценки
конкурентных преимуществ принятых инженерных проектных
решений;
опытом использования в ходе проведения исследований научнотехнической информации, Internet-ресурсов, баз данных и
каталогов, электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлены в
ФГОС и ООП подготовки бакалавров по направлению 200400 «Оптотехника»
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) – ОК
способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке
цели и выбору путей ее достижения, владеет культурой мышления (ОК-1);
способность применять основные методы, способы и средства получения,
хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как
средством управления информацией (ОК-12).
2. Профессиональные – ПК
общепрофессиональные компетенции:
способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной деятельности, применять
методы
математического
анализа
и
моделирования,
теоретического
и
экспериментального исследования (ПК-1);
способность собирать и анализировать научно-техническую информацию
по тематике исследования, учитывать современные тенденции развития и
использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и
технологии в профессиональной деятельности (ПК-2);
способность к проведению эксперимента, к обработке и представлению
экспериментальных данных (ПК-4).
научно-исследовательская деятельность:
способность к анализу поставленной задачи исследований в области
оптотехники на основе подбора и изучения литературных, патентных и других
источников информации (ПК-9);
готовность и способность к составлению описаний проводимых
исследований и разрабатываемых проектов, подготовке данных для
составления отчетов, обзоров (ПК-12).
проектно-конструкторская деятельность:
способность к анализу поставленной проектной задачи в области
оптотехники на основе подбора и изучения литературных и патентных
источников (ПК-14);
готовность и способность к оценке технологичности и технологическому
контролю простых и средней сложности конструкторских решений, разработке
типовых процессов контроля параметров механических, оптических и оптикоэлектронных деталей и узлов (ПК-17);
готовность к разработке, составлению и использованию отдельных видов
технической документации на проекты, их элементы и сборочные единицы,
включая технические условия, описания, инструкции (ПК-19).
производственно-технологическая деятельность:
способность к расчету норм выработки, технологических нормативов на
расход материалов, заготовок, инструмента, выбору типового оборудования,
предварительной оценке экономической эффективности техпроцессов (ПК-21);
способность к разработке технических заданий на конструирование
отдельных узлов приспособлений, оснастки и специального инструмента,
предусмотренных технологией (ПК-22);
готовность к участию в работах по доводке и освоению техпроцессов в
ходе технологической подготовки оптического производства (ПК-23);
способность к организации входного контроля материалов и
комплектующих изделий (ПК-24);
готовность к внедрению технологических процессов производства,
метрологического обеспечения и контроля качества элементов оптотехники
различного назначения (ПК-25).
организационно-управленческая и монтажно-наладочная деятельность:
готовность к нахождению оптимальных решений при создании отдельных
видов продукции оптотехники с учетом требований качества, стоимости,
сроков
исполнения,
конкурентоспособности
и
безопасности
жизнедеятельности, а также экологической безопасности (ПК-28);
готовность к установлению порядка выполнения работ и организации
маршрутов технологического прохождения элементов и узлов оптических,
оптико-электронных и лазерных приборов и систем в процессе их изготовления
(ПК-29).
4.
4.1.
Структура и содержание дисциплины
Содержание разделов дисциплины
1. Кристаллическое строение материалов.
Лекция 1. Классификация материалов. Кристаллическое строение.
Дефекты кристаллического строения. Механические свойства.
Лабораторная работа 1. Испытание материалов на растяжение.
Лабораторная работа 2. Определение твердости металлов и сплавов.
Лабораторная работа 3. Металлографический анализ.
2. Формирование структуры при кристаллизации. Деформация и
разрушение.
Лекция 2. Гомогенная и гетерогенная кристаллизация. Строение
металлического слитка. Упругая и пластическая деформация. Разрушение.
Лабораторная работа 4. Кристаллизация, ее влияние на структуру и
свойства. Испытание материалов на ударную вязкость.
Лабораторная работа 5. Влияние пластической деформации на структуру
и свойства металлов.
Лабораторная работа 6. Влияние температуры на структуру
деформированного металла.
3. Влияние химического состава на структуру и свойства.
Термическая обработка.
Лекция 3. Диаграмма состояния «железо-цементит». Превращения в стали
при нагревании и охлаждении. Виды термической обработки.
Лабораторная работа 7. Микроструктуры сталей и чугунов.
Лабораторная работа 8. Закалка углеродистой стали.
Лабораторная работа 9. Отпуск закаленной углеродистой стали.
4. Материалы с особыми механическими свойствами.
Лекция 4. Классификация. Высокопрочные стали, стали устойчивые к
воздействию температуры и агрессивных сред. Цветные металлы и сплавы.
Лабораторная работа 10. Термическая обработка дуралюмина.
5. Полимеры и пластмассы.
Лекция 5. Строение и свойства полимерных материалов. Керамические и
композиционные материалы. Общие сведения, классификация.
Лабораторная работа 11. Технология изготовления пористой керамики.
6. Основы металлургического производства.
Лекция 6. Производство чугуна и стали. Литейное производство.
Лабораторная работа 12. Технология изготовления разовой литейной
формы в двух опоках.
Лабораторная работа 13. Специальные виды литья.
7. Обработка металлов давлением.
Лекция 7. Общая характеристика. Прокатка, волочение, ковка, штамповка.
Лабораторная работа 14. Оборудование и технология кузнечной ковки.
8. Сварка.
Лекция 8. Общая характеристика. Сварка металлов плавлением и
давлением. Пайка и склеивание материалов.
Лабораторная работа 15. Электрические способы сварки.
9. Обработка металлов резанием.
Лекция 9. Основы резания металлов. Качество обработанной поверхности.
Точность изготовления.
Лабораторная работа 16. Обработка металлов резанием.
Лабораторная работа 17. Нарезание резьбы на токарных станках.
Лабораторная работа 18. Обработка конических поверхностей.
Структура дисциплины по разделам, формам организации и
контроля обучения.
Таблица 2
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
4.2.
Аудиторная работа (час)
Лекции Практ.
Лабор.
работы
работы
№
Название
раздела/темы
1
Кристаллическое
строение материалов
Формирование
структуры при
кристаллизации
Деформация и
разрушение
Влияние химсостава
на структуру и
свойства
Термическая
обработка
Материалы с
особыми
механическими
свойствами
2
2
Полимеры и
2
2
3
4
5
СРС
(час)
Итого
6
4
12
6
4
12
Формы
текущего
контроля и
аттестации
Отчеты по
лаб. работам
Отчеты по
лаб. работам
2
6
4
12
Отчеты по
лаб. работам
2
2
2
6
Отчеты по
лаб. работам
2
2
6
Отчеты по
лаб. работам
Контрольная
работа
пластмассы
6
7
8
9
Промежуточная
аттестация
Материаловедение
(разделы 1-5)
Основы
металлургического
производства
Обработка металлов
давлением
Сварка
2
2
50
Обработка металлов
резанием
Промежуточная
аттестация
Технология
конструкционных
материалов
(разделы 6-9)
Итого
2
4
4
10
Отчеты по
лаб. работам
2
2
4
8
2
2
4
8
2
6
4
12
2
2
Отчеты по
лаб. работам
Отчеты по
лаб. работам
Отчеты по
лаб. работам
Контрольная
работа
36
90
40
18
36
Зачет
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.3.
Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов
обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках
данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Формируемые
компетенции
З.1.5
З.1.6
З.2.3
З.7.2
1
х
2
х
3
х
х
х
х
х
х
З.8.2
У.1.5
У.1.6
У.5.3
У.7.2
У.8.2
В.1.3
В.2.1
В.5.3
В.7.1
В.8.2
х
х
х
х
х
х
х
Разделы дисциплины
4
5
6
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
5.
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
9
х
х
х
х
8
х
х
х
7
х
х
х
х
х
х
х
Образовательные технологии
х
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной
деятельности бакалавров для достижения запланированных результатов
обучения и формирования компетенций.
Методы и формы активизации
деятельности
IT-методы
Работа в команде
Игра
Методы проблемного обучения
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Поисковый метод
Исследовательский метод
Виды учебной деятельности
Семинар
ЛБ
СРС
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
ЛК
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины
реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с
использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с
использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических
разработок, специальной учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ
с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения
проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
6.1. Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
 работе с лекционным материалом;
 работе по поиску и анализу литературы и электронных источников
информации;
 переводе материалов из иностранных информационных ресурсов;
 изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 подготовке к выполнению лабораторных работ;
– подготовке к рубежному контролю и экзамену.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
– приборы и расходные материалы для подготовки проб с целью
структурных металлографических исследований;
– стандарты для проведения механических испытаний и их требования к
оборудованию, образцам и условиям проведения испытаний;
– специальные методики определения физико-химических характеристик
материалов и изделий.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), ориентированая на развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала студентов заключается в:
– поиске, анализе, структурировании и презентации информации по
выбранной теме, из выносимых на самостоятельную проработку;
 выполнении расчетно-графических работ;
– исследовательской работе и участии в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах.
6.3. Примеры индивидуальных заданий для подготовки презентации:
1. Алмаз – полупроводниковый материал будущего?
2. Композиты: соединение «несоединимого».
3. Углерод в технике.
6. 4. Контроль самостоятельной работы
Вопросы по темам, выносимым на самостоятельную проработку,
обязательно включаются в материалы рубежного и итогового контроля.
Индивидуальные задания оцениваются студентами и преподавателем в
часы обязательных консультаций.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
1. Электронное учебное пособие «Материаловедение» в среде
“ToolBook”, объем 250 Мб. Авторы: Егоров Ю.П., Хворова И.А.
2. Электронное учебное пособие «Технологические процессы
машиностроительного производства» в среде “ToolBook”, объем 682 Мб.
Авторы: Евтюшкин Ю.А., Хворова И.А.
Оба пособия содержат теоретический материал по основным разделам
курса, иллюстрированный фотографиями, рисунками, анимационными и
видеофрагментами. В каждом разделе приводится 20 тестов для самопроверки
усвоения; имеется словарь терминов.
3. Конспект лекций на индивидуальном сайте преподавателя.
4. Сборники методических указаний к лабораторным работам по
дисциплине, размещенные на сайте кафедры МТМ.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости бакалавров осуществляется по результатам:
– экспресс-контроля (в форме тестов) усвоения нового материала в ходе
чтения лекций;
– входного контроля подготовки к лабораторным работам в форме тестов;
– защиты лабораторных работ путем устного собеседования;
– рубежного контроля, выполняемого в форме компьютерного
тестирования или письменных работ;
– участия в НИРС, в олимпиадах и т. п.;
– итогового контроля – экзамен в форме устного ответа на вопросы
билета по всем изученным разделам дисциплины. В процессе итогового
контроля обязательно присутствует коммуникативная составляющая.
На кафедре имеются все необходимые по дисциплине контрольные
задания, тесты, тренажеры, программы компьютерного тестирования.
Оценка уровня знаний и умений студента проводится в соответствии с
рейтинг-планом по дисциплине и «Памяткой студента» (Приложение 1).
Образцы контролирующих материалов приводятся.
7.1. Примеры контролирующих материалов по входному контролю перед
лабораторной работой
От чего зависит закаливаемость стали?
– температуры нагрева;
– содержания легирующих элементов в стали;
– содержания углерода в твердом растворе;
– скорости охлаждения в процессе закалки.
7.2. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Теоретический вопрос.
2. Проблемный вопрос или расчетная задача.
3. Творческое проблемно-ориентированное задание.
7.2.1 Примеры экзаменационных вопросов
1. Охарактеризовать основные методы исследования и испытания материалов
в машиностроении.
2. Как выглядит диаграмма состояния сплавов, упрочняемых закалкой и
старением?
3. Каким образом оценить качество полученного от поставщиков режущего
инструмента, если одна партия изготовлена по обычной технологии, а
другая – с использованием упрочняющих покрытий? Какой инструмент
прослужит дольше и экономически выгоден?
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Арзамасов Б. Н., Макарова В. И., Мухин Г. Г. и др.; Под общ. ред.
Арзамасова Б. Н., Мухина Г. Г. Материаловедение: Учебник для вузов. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. –648 с.
2. Фетисов Г. П., Карпман М. Г., Матюнин В. М. и др. Материаловедение и
технология металлов. Учебник для студентов машиностроительных
специальностей вузов. / Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. шк., 2001. –
638 с.
Вспомогательная литература
1. Колесов С.Н., Колесов И.С. Металловедение и технология
конструкционных материалов. М.: Высшая школа. 2007. – 519 с.
2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. Учебник для вузов.
СПб.: Химиздат. 2004. 736 с.
Интернет-ресурсы:
Информационно-образовательная среда дистанционного обучения на
платформе WebCT: адрес http://e-el.lcg.tpu.ru
http://window.edu.ru
http://www.materialscience.ru/
http://vsegost.com
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
При изучении основных разделов дисциплины и выполнении
лабораторных работ студенты используют оборудование для механических
испытаний, оптические микроскопы, в том числе с системой визуализации,
термические печи с приборами для регулирования температуры,
пневматический молот. Компьютеры используются для проведения рубежного
контроля и подготовки методических материалов. Сложное и дорогостоящее
оборудование используется для демонстрации возможностей различных видов
анализа в материаловедении и современных технологических процессов.
Перечень учебно-лабораторного оборудования
1. Твердомеры Бринелля ТШ-2, Роквелла ТК-2 и Виккерса
2. Микротвердомер ПМТ-3
3. Испытательная машина МИРИ-100К
4. Маятниковый копер
5. Микроскопы биологические
6. Микроскопы металлографические Obzerver A1m,
Axiovert 40 MAT, МИМ-7, МИМ-8
7. Металлографический инвертированный микроскоп ЛабоМет-И
8. Микроскопный комплекс на базе ЛабоМет-И с системой
визуализации
9. Электропечи камерные лабораторные
10. Станок токарно-винторезный
11. Станок поперечно-строгальный
12. Станок вертикально-фрезерный
13. Станок горизонтально-фрезерный
14. Станок вертикально-сверлильный
15. Станок плоскошлифовальный
16. Фрезерное устройство FZ-25E
17. Станок ленточнопильный Pegas 140
11 шт.
2 шт.
1 шт.
2 шт.
5 шт.
9 шт.
5 шт.
1 шт.
14 шт.
11 шт.
3 шт.
1 шт.
5 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
18. Станок заточной Oregon
19. Шлифовально-полировальный станок «Нерис»
20. Трансформатор сварочный
21. Машина для точечной электроконтактной сварки
22. Машина для стыковой электроконтактной сварки
23. Молот пневматический ковочный МА4129
24. Закалочно-плавильная высокочастотная установка ВУГ 2-100
25. Учебно-исследовательский комплекс для создания моделей
быстрого прототипирования и отливки изделий методом
вакуумно-пленочной формовки
26. Дифрактометры рентгеновские ДРОН-2 и ДРОН-3М
27. Растровый электронный микроскоп РЭМ-200
28. Инфракрасный пирометр TPT-90 (Швеция)
29. Оптико-эмиссионный спектрометр PMI-Master
2 шт.
3 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС-2010 по направлению подготовки «Оптотехника»,
профилю подготовки «Оптико-электронные приборы и системы».
Программа одобрена на заседании
кафедры МТМ (протокол № ____ от «___» октября 2011 г.).
Автор: Чинков Е. П.