ПРОГРАММА-МИНИМУМ

ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ
РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ
«УТВЕРЖДАЮ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Ректор Ташкентского
Председатель Высшей
государственного
аттестационной комиссии
технического университета
при КМ РУз
им. А.Р.Беруни
__________ Р.Х.Сайдахмедов
___________ Г.А.Бахадиров
«___» _________ 2013 г.
«___» _________ 2013 г.
ПРОГРАММА
квалификационного экзамена по специальности
05.02.01 – «Материаловедение в машиностроении»
Составили: д.т.н., профессор А.А.Мухамедов
д.т.н., профессор А.Б.Джумабаев
Ташкент 2013
В основу программы положены следующие вузовские дисциплины:
1. Спецглавы физики твёрдого тела;
2. Учение о прочности и механические свойства материалов;
3. Материаловедение. Теория и технология термической обработки металлов;
4. Неметаллические материалы.
Введение
Основные задачи современного материаловедения в машиностроении.
Роль материалов и технологии в научно-техническом прогрессе, изменение
условий труда повышение качества и эффективности общественного
производства.
I. Теоретические основы материаловедения
Строение и свойства кристаллов.
Периодический закон элементов и электронное строение атомов. Типы
межатомной связи. Гетерополярная (ионная), гомополярная (ковалентная),
металлическая и молекулярная связи.
Кристаллическое строение твёрдых тел. Элементы симметрии кристаллов
и кристаллической структуры. Атомные и ионные радиусы. Координационные
числа. Основные типы пространственных решёток в кристаллах и их
характеристика.
Полиморфизм.
Анизотропия
физических
свойств
кристаллов.
Кристаллографические индексы плоскостей и направлений в кристаллической
решётке (индексы Миллера).
1.1.
1.2. Дефекты кристаллического строения.
Точечные дефекты. Вакансии и межузельные атомы. Равновесная
концентрация точечных дефектов. Образование и миграция вакансий и
дивакансий. Комплексы "вакансия-примесный атом". Поведение вакансий при
закалке и отжиге металла.
Дислокации. Вектор Бюргерса дислокаций. Краевая, винтовая и
смешанная дислокации. Плотность дислокаций. Упругое взаимодействие
дислокаций. Зарождение и размножение дислокаций, источник Франка-Рида.
Взаимодействие дислокаций и примесных атомов. Атмосферы Котрелла, Снука
и Сузуки. Движение дислокаций с атмосферами.
Границы зерен и субзерен. Малоугловые и высокоугловые границы.
Миграция границ и зернограничное проскальзывание. Размеры зерна, блоков.
Структура и размеры нанокристаллических материалов.
1.3. Основы электронной теории твёрдых тел.
Электронная теория межатомной связи. Коллективизированные
электроны, теплопроводность, электропроводность и электронная теплоёмкость
металлов. Термоэлектронная эмиссия. Работа выхода. Сверхпроводимость.
2
Полупроводниковые и диэлектрические свойства твёрдых тел.
Собственная и примесная проводимости полупроводников. Эффект Холла.
Магнитные свойства материалов. Классификация по магнитной
восприимчивости.
Диамагнетизм,
парамагнетизм,
ферромагнетизм.
Магнитоупругая энергия. Магнитострикция. Коэрцитивная сила и остаточная
индукция. Металлические и керамические магниты.
1.4. Основы молекулярно-кинетической теории металлов.
Тепловое движение атомов в металлах. Колебания решётки, теплоёмкость
и тепловое расширение, его связь с кристаллическим строением и свойствами
металлов. Фотонная и электронная теория теплопроводности.
Диффузия в твёрдом теле. Механизмы диффузии. Зависимость
параметров диффузии от температуры. Самодиффузия и гетеродиффузия.
Анизотропная диффузия. Зернограничная и поверхностная диффузия.
1.5. Кристаллизация.
Термодинамика процесса кристаллизации. Образование и рост
зародышей твёрдой фазы. Кинетика кристаллизации. Факторы, влияющие на
процесс кристаллизации. Величина зерна. Модифицирование жидкого металла.
Форма кристаллов и строение слитка. Получение монокристаллов. Вторичная
кристаллизация.
1.6. Строение металлических сплавов.
Основы термодинамики сплавов. Определение системы фазы, структуры.
Твёрдые
растворы,
химические
соединения,
механические
смеси.
Промежуточные соединения. Электронные соединения, фазы внедрения, фазы
Лавеса.
2. Формирование структуры сплавов при кристаллизации.
2.1. Диаграммы состояния. Процесс кристаллизации. Диаграммы
состояния сплавов, образующих неограниченные твёрдые растворы.
Диаграммы состояния сплавов, образующих химические соединения.
Особенности фазовых превращений в сплавах в твёрдом состоянии.
Диаграммы состояния сплавов с частичным распадом твёрдого раствора при
понижении температуры. Диаграммы состояния сплавов, которых имеют
полиморфные превращения. Диаграммы состояния, строение и свойства
сплавов. Понятия о диаграммах состояния тройных сплавов.
2.2.
Пластическая деформация и механические свойства.
2.3. Виды напряжений. Упругая и пластическая деформация. Теоретическая и
реальная прочность. Движение дислокаций при пластической деформации.
Размножение дислокаций. Деформационное упрочнение. Взаимодействие
дислокаций
с
элементами
структуры.
Изменение
структуры
поликристаллического металла при пластической деформации. Текстура
3
деформации. Наклёп. Связь между пределом текучести и плотностью
дислокаций. Твёрдорастворное упрочнение, упрочнение за счёт дискретных
частиц в структуре сплава. Дисперсионное упрочнение низколегированных
сталей за счёт введения в сталь Nb, V, Ti, Al, N. Упрочнение за счёт
измельчения зерна стали.
Общая зависимость предела текучести от параметров в структуре стали.
2.4. Механические свойства, определяемые при статических напряжениях.
Испытания на растяжение. Твёрдость металлов. Испытания при динамических
нагрузках. Ударная вязкость. Прочность при переменных нагрузках.
Конструктивная прочность металлов. Порог холодноломкости. Зарождение и
развитие
трещин.
Определение
вязкости
разрушения.
Живучесть
(трещиностойкость при циклических нагрузках). Абразивное изнашивание.
3. Железоуглеродистые сплавы.
Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества и
качественные чугуны – белые, серые, ковкие, высокопрочные. Влияние
легирующих элементов на диаграмму железо-углерод. Фазы в легированных
сталях, распределение легирующих элементов в основных фазах стали.
Классификация легированных сталей по структуре.
4. Теория термической обработки.
4.1. Классификация видов термической обработки.
Отжиг первого рода - гомогенизационный отжиг. Рекристаллизационный и
дорекристаллизационный отжиги – отпуск. Рекристаллизация.
Изменение
свойств
металла
при
дорекристаллизационном
и
рекристаллизационном отжиге. Выбор режимов дорекристаллизационного и
рекристаллизационного отжигов.
4.2. Отжиг второго рода.
Фазовые превращения в твёрдом состоянии. Общие закономерности фазовых
превращений в твёрдом состоянии. Роль строения межфазных границ при
фазовых превращениях.
Гомогенное и гетерогенное зарождение фаз. Кинетика фазовых
превращений.
4.3. Превращения при быстром охлаждении (закалка).
Закалка без полиморфного превращения. Нагрев и охлаждение при закалке без
полиморфного превращения. Глубина прокаливаемости.
Закалка с полиморфным превращением.
Основные превращения при нагреве и охлаждении стали.
Превращения при нагреве. Превращения при охлаждении (распад аустенита).
Влияние легирующих элементов на перлитное превращение.
Мартенситное превращение.
4
Особенности мартенситного превращения в углеродистых сталях. Механизм
мартенситного превращения. Микроструктура и субструктура
сплавов,
закалённых на мартенсит. Изменение свойств сплавов при закалке на
мартенсит. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение.
Бейнитное превращение. Механизм бейнитного превращения и влияние
легирующих элементов.
4.4. Старение и отпуск.
Понятие о терминах старение и отпуск. Структурные изменения при отпуске
сталей. Отпуск углеродистых сталей.
Влияние легирующих элементов.
Изменение механических свойств при отпуске сталей. Вторичное твердение.
Отпускная хрупкость. Старение.
5. Основы технологии термической обработки.
5.1. Закалка. Выбор температуры нагрева, времени нагрева, закалочной среды.
Прокаливаемость. Способы закалки.
5.2. Отжиг и нормализация. Отпуск стали. Поверхностная закалка.
5.3. Химико-термическая обработка.
Цементация, азотирование, нитроцементация. Дуффузионная металлизация.
6.Металлы и сплавы в машиностроении.
6.1. Основы легирования стали.
Легирующие элементы в сталях. Влияние легирующих элементов на
критические точки железа и стали, на свойства феррита и аустенита, на рост
зерна аустенита при нагреве под закалку или нормализацию, на превращения
переохлаждённого аустенита, на прокаливаемость стали, на процессы
превращения при отпуске, на процессы старения, на свариваемость.
Классификация легированных сталей по составу, структуре и назначению.
6.2. Маркировка легированных сталей.
Конструкционные углеродистые и легированные стали.
Требования, предъявляемые к конструкционным сталям. ГОСТ на стали.
Низколегированные строительные стали. Улучшаемые стали низкой
прокаливаемости. Цементуемые и азотируемые стали. Пружинные
углеродистые и легированные стали. Стали для деталей подшипников качения.
Аустенитная высокомарганцовистая сталь . Графитизированная сталь.
Высокопрочные мартенситностареющие стали.
Принципы легирования. Прямое и обратное мартенситное превращение.
Влияние легирующих элементов на кинетику фазовых превращений и
особенности термической обработки. Мартенситностареющие нержавеющие
стали. Область применения сталей и их свойства.
6.3. Конструкционные нержавеющие и коррозионностойкие стали.
5
Общие
принципы
легирования.
Хромистые
нержавеющие
стали.
Хромоникелевые аустенитные стали. Высоколегированные кислотостойкие
стали. Жаростойкие и окалиностойкие стали.
6.4. Жаропрочные стали и сплавы.
Принципы легирования жаропрочных сталей и сплавов. Упрочняющие фазы.
Пути повышения жаропрочности. Жаропрочные стали перлитного и
мартенситного класса. Жаропрочные стали аустенитного класса с карбидным и
интерметаллидным упрочнением. Жаропрочные сплавы на никелевой основе.
6.5. Инструментальные стали.
Классификация и маркировка инструментальных сталей. Красностойкость.
Стали для режущего и измерительного инструмента. Быстрорежущая сталь.
Особенности термической обработки. Стали для вытяжных и высадочных
горячих штампов. Стали для форм литья под давлением и прессования.
6.6. Чугун.
Свойства и назначение. Общие принципы классификации. Белый и серый
чугун. Ковкий чугун. Чугун с шаровидным графитом. Легированные чугуны.
Маркировка чугуна. Технические требования, особенности термической
обработки и свойства чугуна.
7. Твёрдые металлокерамические сплавы.
8. Цветные металлы и сплавы.
8.1. Алюминий и его сплавы. Особенности термической обработки.
Классификация алюминиевых сплавов. Деформированные алюминиевые
сплавы. Дуралюмин. Литейные алюминиевые сплавы. Технологические и
механические свойства. Силумины. Спечённые алюминиевые сплавы.
Алюминиевые подшипниковые сплавы. Область применения алюминия и его
сплавов.
8.2. Магний и его сплавы. Классификация магниевых сплавов.
Деформированные и литейные магниевые сплавы. Термическая обработка
магниевых сплавов. Защита магниевых сплавов от коррозии.
8.3. Медь и её сплавы. Принципы легирования. Влияние примесей на структуру
и свойства меди. Область применения меди и его сплавов. Классификация
медных сплавов. Латуни, их свойства, маркировка и применение. Бронзы
оловянные, алюминиевые, свинцовые, марганцовистые и бериллиевые. Состав,
свойства, маркировка и применение. Медноникелевые сплавы. Медные припои.
8.4. Титан и его сплавы. Классификация легирующих элементов и типы сплавов
титана (альфа-сплавы, бетта-сплавы, альфа+бетта-сплавы). Особенности
металлургической технологии изготовления титановых сплавов. Механические
6
и коррозионные свойства титановых сплавов.
Водородная хрупкость
титановых сплавов. Конструкционные и жаропрочные сплавы титана.
Особенности термической обработки.
8.5. Цинк, свинец, олово и их сплавы. Припои на оловянистой и свинцовой
основе. Антифрикционные сплавы. Многослойные подшипники.
8.6. Тугоплавкие металлы и их сплавы. Коррозионная стойкость. Принципы
легирования. Молибден и его сплавы. Вольфрам и его сплавы. Хром и его
сплавы. Тантал и его сплавы. Ниобий и его сплавы. Защита от окисления.
Области применения тугоплавких металлов и их сплавов.
8.7. Металлы и сплавы с особыми физическими свойствами.
Магнитные материалы. Классификация по магнитным свойствам.
Низкочастотные и высокочастотные магнитомягкие материалы. Литые,
деформируемые и спечённые магнитотвёрдые сплавы.
Материалы с особыми тепловыми и упругими свойствами. Сплавы с заданными
упругими свойствами. Сплавы с малым и аномальным тепловым расширением.
9. Неметаллические и композиционные материалы в машиностроении.
9.1. Полимеры и пластические массы.
Классификация полимерных материалов. Методы получения полимеров.
Структура макромолекул полимеров. Теория роста полимерных кристаллов.
Надмолекулярная структура. Фазовые и физические состояния полимеров.
полимеров. Особенности механических свойств полимеров, обусловленные их
строением. Релаксационные свойства. Вязкое течение растворов и расплавов
полимеров. Старение и стабилизация полимеров. Адгезия и трение полимеров.
Типы и теория разрушения полимеров. Влияние внешних факторов на процесс
разрушения. Структура и прочность полимеров. Физико-механические,
адгезионные, фрикционные, антикоррозионные, диэлектрические свойства
полимеров, методы исследования этих свойств.
Пластические массы на основе термопластических и термореактивных
полимеров. Отвердители, наполнители, пластификаторы, катализаторы,
ускорители, термо- и светостабилизаторы, пигменты, ингибиторы.
Методы переработки пластмасс в изделия: экструзия, литьё под давлением,
прессование, вакуум-формование. Материалы, технология и оборудование для
получения полимерных покрытий.
Применение полимеров и пластических масс в машиностроении.
9.2. Аморфные сплавы, ситаллы, керамические и другие неорганические
материалы.
Строение, свойства и виды технического стекла и ситаллов. Область
применения их в машиностроении. Тугоплакие соединения, основные типы,
состав, структура, свойства. Эмали для защиты металлов. Аморфные сплавы.
7
Техническая керамика. Огнеупорные и конструкционные керамические
материалы. Применение керамики в машиностроении. Графит и
егомодификации в качестве технологических и конструкционных материалов.
9.3. Композиционные конструкционные материалы.
Композиты на металлической и полимерной матрице. Стеклопластики,
древостеклопластики, боропластики, углепластики, их свойства, методы
получения и области применения. Армированные и наполненные
металлополимерные материалы и изделия.
Механические свойства композиционных материалов.
Механизм разрушения. Основы расчёта на прочность изделий из
композиционных материалов. Области и перспективы применения
композиционных
материалов.
Слоистые
материалы.
Принципы
конструирования слоистых и волокнистых материалов. Способы соединения
композиционных материалов.
9.4. Лакокрасочные и клеящие материалы.
Классификация
лакокрасочных
материалов.
Технология
нанесения
лакокрасочных покрытий.
Клеящие материалы. Физико-химическая природа. Состав и классификация
клеев. Свойства клеевых соединений и методы их испытаний. Применение
клеевых соединений в машиностроении.
9.5. Резиновые материалы.
Общие сведения, состав и классификация резиновых материалов. Область
применения резиновых материалов в машиностроении.
10. Современные методы исследования материалов
10.1. Методы исследования структуры фазового состава.
Металлография. Просвечивающая и дифракционная электронная микроскопия.
Рентгеноспектральный анализ. Фазовый рентгенографический анализ.
Рентгенографический анализ состояния тонкой структуры и твёрдых растворов.
10.2. Методы исследования физических свойств и фазовых превращений в
металлах и сплавах.
Магнитный анализ фазовых и структурных превращений. Метод термо Э.Д.С.
10.3. Метод неразрушающего контроля материалов.
Ультразвуковая дефектоскопия. Рентгеновская и гамма-дефектоскопия. Метод
вихревых токов. Магнитная и тепловая дефектоскопия.
10.4. Методы исследования полимеров.
Химический анализ, инфрокрасная спектроскопия, газовая хромотография,
рентгенографический анализ, электронная микроскопия.
8
Методы механических и технологических испытаний. Термомеханический
метод. Определение стойкости к микробиологическому поражению. Оценка
коррозионной активности неметаллических материалов.
11. Экономическая эффективность применения материалов в машиностроении
и методов повышения долговечности изделий.
Методика расчёта эффекта от применения машиностроительных материалов,
технологии производства с учётом долговечности деталей в эксплуатации.
Сравнительные данные по стоимости сталей, чугунов, легированных сталей и
сплавов, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов.
Себестоимость различных операций термической и физико-термической
обработки. Повышение надёжности и долговечности конструкций в
машиностроении за счёт новых материалов и технологий, а также
совершенствование технических требований к ним в нормативно-технической
документации. Рациональные области применения углеродистых и
легированных сталей, цветных металлов и неметаллических материалов.
9
Основная литература
1. Материаловедение.-М.:МВТУ им. Н.Э.Баумана, 2008 г.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение – М.: Машиностроение,
1990 г. – 528 с.
3. Солнцев Ю.П. Материаловедение.-М.Академия, 2008 г.
4. Струк В.А., Пинчук Л.С., Мышкин Н.К., Гольдаде В.А., Витязь П.А.
Материаловедение в машиностроении и промышленных технологиях. 2010. 234
с.
5. Гуляев А.П., Гуляев А.А. Материаловедение. М.: Изд. Альянс, 2011 г.
6. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов – М.: Металлургия,
1986 г. – 480 с.
7. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов – М.: Изд-во МИСиС,
1998 г.-393 с.
8. Гольдштейн М.И., Грачёв С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали-М.: Изд.
МИСиС, 1999 г.
9. Уайт О., Дью-Хьюз Д. // Металлы, керамика, полимеры- М.: Атомиздат,2000.- 234 с.
10. Пул Ч., Оуэнс Ф. Мир материалов и технологий. Нанотехнологии. Пер. с
англ. под ред. Ю.И.Головина. – М.: Техносфера. 2006 г.
11. Брандои Д. Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования
и контроля. – М., Техносфера, 2004, 384 с, 12,1 МБ.(DjVu ).
12. Сайдахмедов Р.Х., Кадырбекова К.К., Камардин А.И. Наноструктурные
покрытия и современные методы обработки материалов. – Ташкент: Фан, 2012.200 с.
13. Physical Metallurgy and the Design of Steels by A.H. Bott, G.J. Butterworth,
F.B. Pickering ISBN 0853347522 (0-85334-752-2) Hardcover, Applied Science
Publishers.
14. Metal, Ceramic and Polymeric Composites for Various Uses Edited by John
Cuppoletti, ISBN 978-953-307-353-8, 684 pages, Publisher: InTech, Chapters
published July 20, 2011 under CC BY-NC-SA 3.0 license. DOI:
10.5772/1428.
15. С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев Рентгенографический и
электронно-оптический анализ. М.: МИСИС. 1994. 327 с.
16. Композиционные материалы. В 8-ми томах под ред. Л.Браутмана и Р.Крона.
Пер. с англ. –М.: Машиностроение, 1978 г.
17. Лущейкин Г.А. Методы исследования свойств полимеров. М.: Химия, 1988.160 с.
10
Дополнительная литература
1. Кaримoв И.A. Бизнинг йўлимиз - дeмoкрaтик ислoҳaтлaрни чуқурлaштириш
вa мoдeрнизaция жaраёнлaрини изчил дaвoм eттириш йўлидир. - Тoшкeнт:
Ўзбeкистoн, 2012 . - 312 б.
2. Каримов И.А. Узбекистан на пороге ХХI века. - Ташкент: Узбекистан,
1997. - 318 с.
3. Кaримoв И.A. Юксак маънавият – енгилмас куч. – Тошкент: Маънавият,
2008 – 176 б.
4. Металловедение, Сталь: справочник: В 2 т. Б.Еникс, В.Даль, Г.Ф. Кленер и
др. Пер. с нем. М., Металлургия, 1995.Т 1.1. 448 с; Т 1.2. 335 с; Т 2.1. 447 с; Т.
2.2. 399 с.
5. Кац С. М. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы.- М.:
Металлургия, 2008.- 232 с.
6. Андриевский Р.А., Ланин А.Г., Рымашевский А.Г. Прочность тугоплавких
соединений.- М.: Металлургия, 2000.- 232 с.
7. Jens Als-Nielsen, Des McMorrow. Elements of modern X-ray Physics. 2nd ed.
Wiley (2011), 421 p, 9,3 МБ, (PDF).
8. Rene E Van Gnieken, Andrzey A. Marcowicz. Handbook of X-ray spectrometry.
2nd ed. Marsel Dekker Inc. (2002), 985 p, 7,95 МБ, (PDF).
9. Shatendra K. Sharma. X-ray spectroscopy. Croata, InTech, (2011), 280 p, 18,0
МБ, (PDF).
11