ДКР № 2
Програма
навчальної дисципліни
підготовки _________________БАКАЛАВР____________
(назва освітньо-кваліфікаційного рівня)
напряму _______6.050403 Інженерне матеріалознавство_
(шифр і назва)
(шифр за ОПП 3.12)
(Для спеціальностей ФТ, ФА, ФМ)
Ухвалено методичною комісією
інженерно-фізичного факультету
(назва інституту/факультету)
Протокол від 24.04.2014 р. № ___
Голова методичної комісії
_________ І. М. Гурія
(підпис) (ініціали, прізвище)
«___»_______________20__ р.
Київ – 2014
РОЗРОБНИК ПРОГРАМИ:
| Професор, канд. техн. наук, професор Степанчук Анатолій Миколайович (посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ім’я, по батькові) | _______ (підпис) |
Програму затверджено на засіданні кафедри
високотемпературних матеріалів та порошкової металургії
(повна назва кафедри)
Протокол від «16» квітня 2014 року № 9
Завідувач кафедри
_________ П. І. Лобода
(підпис) (ініціали, прізвище)
«18» квітня 2014 р.
Вступ
Програму навчальної дисципліни “Основи отримання порошкових та композиційних матеріалів” складено відповідно до освітньо-професійної програми підготовки бакалавр напряму 6.050403 Інженерне матеріалознавство.
Навчальна дисципліна належить до циклу професійної та практичної підготовки.
Порошкова металургія є одним з промислових методів одержання різних матеріалів, в тому числі і композиційних, вихідною сировиною для яких служать порошки металів та сплавів сполук, які в подальшому формуються у вироби заданих розмірів та спікаються при температурах, нижчих за температуру плавлення основного компоненту. В зв’язку з цим основними завданнями дисципліни “Основи отримання порошкових та композиційних матеріалів” є навчання студентів основам технологічних процесів одержання порошків та сполук різними методами з заданими властивостями та структурою.
Глибоке розуміння процесів одержання порошків базується на фундаментальних законах хімії, фізичної хімії, фізики, фізики конденсованого стану.
Дисципліна “Основи отримання порошкових та композиційних матеріалів” дає студенту можливість у подальшому при вивченні спеціальних курсів оволодіти різнобічними технологічними процесами, вивчити унікальні технологічні прийоми, допомагає виробити навички дослідника в зв’язку з тим, що дозволяє шляхом виконання різних експериментів одержати вироби з заданим комплексом фізико- технічних властивостей.
Вивчення цієї дисципліни дає можливість студенту набути більш широкі знання і області одержання композиційних порошків та виробів із них в межах своєї спеціальності. Дає можливість детально вивчити методи отримання порошків мнеталів та сплавів та виробів з них, які знаходять широке застосування при виготовленні композиційних матеріалів.
Міждисциплінарні зв’язки:
Вивчення дисципліни базується на вивченні таких фундаментальних дисциплін як ”Математика”, “Фізика”, “Фізичне матеріалознавство”, “Фізична хімія”, “Фізика конденсованого стану” та інших.
Дисципліни, вивчення яких забезпечує ця дисципліна:
Вивчення дисципліни дає можливість студенту у подальшому при вивченні спеціальних дисциплін, виконанні курсових та дипломних проектів та робіт більш глибоко оволодіти спеціальними технологічними прийомами виготовлення порошкових та композиційних матеріалів з використанням порошків металів та сплавів.
До дисциплін вивчення яких базується на вивченні дисципліни “Основи отримання порошкових та композиційних матеріалів” перш за все відносяться спеціальні дисципліни з термічної обробки, нанесення покриттів та створення нових матеріалів.
1 Мета та завдання навчальної дисципліни
1.1 Метою навчальної дисципліни є формування у студентів здатностей:
– вибирати оптимальні вихідні матеріали для отримання порошків металів та сплавів і виготовлення порошкових та композиційних матеріалів (П та КМ);
– вибирати технологічні процеси та режими виготовлення порошків, пресування та спікання при створенні П та КМ;
– за відомими методиками, з використанням термодинамічних характеристик матеріалів проводити розрахунки з метою оптимізації умов отримання порошків та виробів з них.
1.2. Основні завдання навчальної дисципліни
Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти після засвоєння навчальної дисципліни мають продемонструвати такі результати навчання:
знання:
– термодинамічних основ процесів, що лежать в основі методів отримання порошків та виробів з них;
– методів отримання порошків металів та сплавів та виробів з них;
– умов отримання та технологічних режимів отримання порошків металів та сплавів та виробів з них з заданими властивостями;
– методів оптимізації умов отримання порошків металів та сплавів, пресування та спікання при виготовленні порошкових твиробів;
– методів визначення властивостей порошків металів та сплавів та виробів з них.
уміння:
– за відомими методиками, з використанням термодинамічних характеристик матеріалів проводити розрахунки з метою оптимізації умов отримання порошків;
– з використанням аналітичних залежностей визначати умови та технологічні параметри процесів отримання порошків металів та сплавів;
– визначати властивості та структуру порошків металів та сплавів;
– аналізувати вплив різноманітних параметрів на формування структури та властивостей порошків металів та сплавів і виробів з них.
досвід:
– практичних навичок по отриманню порошків металів та сплавів і виробів з них з заданими властивостями;
– організації виробництв по отриманню порошків металів та сплавів і виробів з них.
2 Структура навчальної дисципліни
На вивчення навчальної дисципліни відводиться 144 годин/4 кредити ECTS.
Рекомендований розподіл навчального часу
| Форма навчання | Кредитні модулі | Всього | Розподіл навчального часу за видами занять | Семестрова атестація | ||||
| кредитів | годин | Лекції | Практичні (семінарські) заняття | Лабораторні роботи | СРС | |||
| Денна | - | диф.залік | ||||||
| Заочна | - | диф.залік |
3 Зміст навчальної дисципліни
Роздід 1– Вступ (ПП 12.01)(КЗП.01.10)
Тема 1.1. Загальна характеристика порошкової металургії, як метода одержання порошкових та композиційних матеріалів і виробів.
Порошкова металургія як наука про процеси одержання, структуру та властивості порошків металів, сплавів, композиційних матеріалів, які виготовляються з використанням методів формування та спікання. Роль порошкової металургії композиційних матеріалів у сучасній техніці і її значення для розвитку промисловості.
Історія виникнення та розвитку порошкової металургії. Роль вітчизняних вчених у розвитку порошкової металургії композиційних матеріалів.
Технічні та економічні переваги та обмеження використання порошкової металургії.
Сучасний стан порошкової металургії в Україні та в світі.
Роль фізико-хімічних явищ у процесах одержання порошків та волокон, пресування виробів з них та їх спікання.
Властивості порошків. Хімічні, фізичні та технологічні властивості порошків. Методи визначення та контролю властивостей порошків. Практичне значення визначення та контролю властивостей порошків.
Розділ П - Отримання порошків металів, сплавів та тугоплавких сполук (ПП.12.02) (КЗП.01.11)
Тема 2.1 Механічні методи одержання порошків.
Загальні положення. Закономірності подрібнення в кульових, вібраційних, атриторних, планетарних, струйних та вихрових млинах.
Основи теорії подрібнення. Закони подрібнення. Роль методу одержання порошку механічним подрібненням на формування його властивостей.
Тема 2.2 Фізико-хімічні методи одержання порошків.
Одержання порошків металів та сплавів відновлюванням оксидів та солей металів. Основи термодинаміки відновлювальних процесів. Механізм та кінетика відновлювальних процесів порошкових систем. Вплив різних факторів на формування структури та властивостей порошків, які одержуються.
Вплив технологічних факторів на параметри відновлення та властивості одержуваних порошків.
Основні промислові методи одержання порошків відновлюванням.
Електрохімічні методи одержання порошків металів.Одержання порошків металів електролізом водяних розчинів солей металів, розплавів солей металів. Одержання порошків металів автоклавним методом, цементацією та міжкристалітною корозією. Фізико-хімічні основи методів. Вплив різних факторів (щільності струму, концентрації електроліту, часу електролізу, вмісту домішок та інш.) на формування структури та властивостей порошків та техніко-економічні показники процесу.
Тема 2.3 Газофазні методи одержання порошків.
Одержання порошків металів дисоціацією карбонілів, випарюванням-конденсацією, відновлюванням в газовій фазі.
Закономірності проходження реакцій у газовій фазі за участю та без участі поверхні. Вплив різних факторів на формування властивостей порошків, що одержуються з газової фази.
Тема 2.4 Одержання порошків металів та сплавів розпиленням розплавів.
Розпилення газами та рідиною. Вплив різних факторів на формування структури та властивостей порошків. Вплив технологічних факторів на формування властивостей порошків.
Тема 2.5 Отримання порошків тугоплавких сполук.
Отримання карбідів та нітрідів перехідних металлів. Класифікація методів . Термодинамічні основи процесів отримання карбідів та нітрідів. Технологія і обладнання. Отримання порошків плавлених тугоплавких солук.
Отримання боридів та силіцидів перехідних металів. Класифікація методів. Термодинамічні особливості та закономірності отримання боридів та силіцидів перехідних металів. Технологія і обладнання. Отримання неметалевих тугоплавких сполук.
Тема 2.6 Одержання волокон та вусів. Класифікація методів одержання. Закономірності одержання волокон та вусів з розплавів, електролізом, осадженням з газової фази. Одержання волокон змішаними методами.
Розділ Ш Формування порошкових тіл ((ПП.12.03)(КЗП.01.12)
Тема 3.1 Загальні закономірності ущільнення порошкових тіл. Закономірності ущільнення пластичних та крихких порошків. Вплив властивостей порошків та їх структури на їх ущільнення. Вплив різних факторів на розподіл щільності у формовках. Боковий тиск, зовнішнє та внутрішнє тертя, сила виштовхування, пружна післядія. Використання мастил при формуванні; їх роль у розподілі щільності та формуванні структури формовок.
Аналітичний опис процесу формування.
Практика формування. Підготовка порошків для формування. Відпал, класифікація, розсів. Змішування порошків. Грануляція шихти, визначення наважки, дозування. Варіанти формування. Одно- та двостороннє формування. Формування на механічних та гідравлічних пресах.
Тема 3.2. Варіанти формування.
Ізостатичне формування. Різновиди ізостатичного формування. Закономірності ізостатичного формування, вплив різних факторів на процес формування структури та властивостей виробів. Математичний опис ізостатичного формування.Особливості газостатичного формування.
Формування довгомірних виробів. Формування скошеним пуансоном.
Формування прокаткою. Вплив різних факторів на формування структури та властивостей прокату з порошків. Основні закономірності прокатки порошків.
Швидкісне (імпульсне) формування. Методи імпульсного формування. Механізм ущільнення при імпульсному формуванні. Вплив різних факторів на процес ущільнення при імпульсному формуванні. Структура та властивості виробів.
Бездеформаційні методи формування.
Мундштучне формування та екструзія. Закономірності формування цими методами.
Шлікерне литво, литво з термопластичних мас, інжекційне формування. Вплив різних факторів на характер розподілу щільності та формування властивостей виробів.
Вібраційне формування. Закономірності вібраційного формування.
Розділ ІV. Спікання ((ПП.12.04) (КЗП.01.13; КЗП.01.14; КЗП.01.15)
Тема 4.1 Характеристика процесів, що лежать в основі спікання.
Визначення термінів спікання з технологічного та термодинамічного кута зору. Зовнішні ознаки спікання, усадка при спіканні, види усадки.
Рушійні сили спікання. Загальні відомості про стан матеріалів при кімнатних температурах та при нагріві з точки зору наявності дефектів та дифузійних процесів.Поверхневий натяг як рушійна сила спікання. Капілярний тиск.
Спікання однокомпонентних систем як в’язка (дифузійно-в’язка) течія, об’ємна самодифузія, пластична течія, поверхнева самодифузія, перенесення через газову фазу. Основні стадії спікання при дії цих механізмів, фізико-хімічні закономірності та кінетика процесів усадки.
Вплив структурного та геометричного факторів на процес спікання. Феноменологічний опис процесу спікання.
Спікання в реальних умовах. Вплив різних факторів (температури, часу, властивостей вихідних порошків та формовок, умов спікання та ін.) на кінетику процесів спікання та формування структури та властивостей виробів.
Методи інтенсифікації процесів спікання.
Тема 4.2 Спікання під тиском.
Гаряче пресування. Механізм ущільнення та закономірності формування структури і властивостей виробів при гарячому пресуванні. Феноменологічний опис процесу гарячого пресування.
Гаряче ізостатичне пресування, динамічне гаряче пресування, гаряче кування та штамповка пористих заготівок. Закономірності формування структури та властивостей виробів при використанні цих методів.
Тема 4.3 Спікання багатокомпонентних систем.
Закономірності та кінетика спікання багатокомпонентних систем у твердій фазі. Роль процесів гетеродифузії.
Особливості усадки та процесів формування структури та властивостей порошкових виробів при спіканні систем з необмеженою розчинністю компонент, обмеженою їх розчинністю та розчинних один в одному.
Спікання багатокомпонентних систем та композиційних матеріалів у присутності рідкої фази. Роль змочуваності твердої фази рідкою. Вплив різних факторів (змочуваності, розчинності компонент, щільності формовок, кількості рідкої фази та інш.) на процес спікання та формування структури та властивостей порошкових та композиційних матеріалів.
Спікання просочуванням.
Розділ V Технологія порошкових та композиційних матеріалів (ПП.12.06)(КЗП.01.17-19)
Роль порошкової металургії в розробці нових спечених матеріалів. Сучасний стан в галузі створення та виробництва спечених матеріалів різного призначення. Задачі по дальшому розвитку та вдосконаленню спечених матеріалів різного призначення.
Тема 5.1 Матеріали тріботехнічного призначення
Композиційні спечені антифрикційні матеріали. Загальні відомості про антифрикційні матеріали і умови їх роботи.
Технологія виготовлення композиційних антифрикційних матеріалів. Особливості підготовки вихідних компонентів. Формування виробів і їх спікання. Додаткова обробка спечених виробів –термічна та хіміко-термічна обробки, гаряче пресування та екструзія.
Основні типи композиційних антифрикційних матеріалів та їх властивості. Антифрикційні спечені матеріали на основі металів та їх сплавів (міді, заліза, нікелю, кобальту, легких та тугоплавких металів). Металографітові матеріали. Матеріали на основі тугоплавких сполук, спечених твердих сплавів. Металоскляні матеріали.
Спечені ущільнюючі матеріали. Вимоги, яким повинні відповідати ущільнюючі матеріали. Класифікація ущільнюючих матеріалів по призначенню. Технологія виготовлення ущільнюючих матеріалів на основі металів та сплавів, на основі тугоплавких сполук, спечених твердих сплавів. Технологія виготовлення поршневих кілець двигунів внутрішнього згорання та компресорів.
Спечені високопористі проникні матеріали. Технолопчні варіанти виготовлення високопористих проникних матеріалів.
Спечені фрикційні матеріали. Основні типи фрикційних матеріалів. Класифікація фрикційних матеріалів по призначенню.
Технологія виробництва фрикційних виробів. Вплив технологічних параметрів виготовлення фрикційних матеріалів на їх властивості.
Тема 5.2. Спечені матеріали конструкційного призначення
Класифікація, властивості та призначення спечених конструкційних матеріалів. Технологія виготовлення виробів із конструкційних спечених матеріалів пресуванням та спіканням; просочуванням пористого залізного каркасу металами та сплавами; динамічним гарячим пресуванням; гарячою штамповкою; ізостатичним гарячим пресуванням; екструзією.
Термічна та хіміко-термічна обробка виробів із спечених конструкційних матеріалів.
Конструкційні матеріали спеціального призначення (жароміцні, жаростійкі, корозійностійкі та інші). Технологія одержання спечених жароміцних матеріалів на основі нікелю, кобальту, хрому, молібдену та вольфраму. Технологія виготовлення конструкційних матеріалів на основі спечених твердих сплавів, тугоплавких безкисневих сполук та керметів.
Тема 5.3 Спечені матеріали електротехнічного призначення
Спечені контактні матеріали. Контактні матеріали для розривних та контактів ковзання. Умови роботи контактних матеріалів. Фізико-хімічні явища, що супроводжують роботу контактів.Технологічні варіанти виготовлення матеріалів контактів.
Спечені магнітом'які та магніто-твердих матеріали. Класифікація, властивості та призначення спечених магнітних матеріалів. Технологія виготовлення магнітних матеріалів.
Тема 5.4 Тугоплавкі безкисневі сполуки та матеріали за їх участю
Класифікація, властивості та призначення тугоплавких сполук. Технологія виготовлення деталей із тугоплавких сполук: пресуванням та спіканням; гарячим пресуванням; ізостатичним гарячим пресуванням; гарячим литвом термопластичних шлікерів та спіканням, інжекційним пресуванням.
Спечені тверді сплави та надтверді матеріали. Спечені тверді сплави.
Класифікація спечених твердих сплавів. Спечені тверді сплави на основі карбідів вольфраму, карбідів титану та хрому, карбонітриду титану, боридів титану, хрому.
Технологічні варіанти одержання виробів із твердих сплавів та надтвердих матеріалів.
4 Рекомендований перелік лабораторних робіт
Розділ П - Отримання порошків металів, сплавів та тугоплавких сполук порошків
Цілі лабораторних робіт:
Ознайомлення з методикою визначення властивостей порошків, їх отримання, формування заготівок виробів з них та їх спікання з метою отримання матеріалів з наперед заданими властивостями. Ціллю лабораторних робіт також є набуття практичних навичок при визначенні властивостей порошків, формовк з них та кінцевих виробів. Набуття практичних навичок отримання порошків, їх формування та спікання, ознайомлення з технологічним обладнанням.
Перелік лабораторних робіт:
1Визначення фізичних та технологічних властивостей порошків.
2Дослідження процесу одержання порошків металів та сплавів механічним подрібненням у млинах (кульовому вібраційному, планетарному).
3Дослідження умов одержання порошків металів та сплавів відновленням оксидів та солей металів.
4Дослідження умов одержання порошків металів електрохімічними методами.
Розділ Ш Формування порошкових тіл
Цілі лабораторних робіт: Вивчення закономірностей ущільнення порошків різними методами. Ознайомлення з обладнанням та набуття практичних навичок формування порошкових виробів.
Перелік лабораторних робіт:
5Дослідження процесу пресування порошкових матеріалів.
Розділ ІV Спікання
Цілі лабораторних робіт: Вивчення закономірностей процесів спікання порошкових виробів. Ознайомлення з обладнанням та набуття практичних навичок спікання порошкових виробів.
Перелік лабораторних робіт:
6Вивчення процесу формування структури та властивостей порошкових виробів при спіканні у твердій фазі.
7Вивчення процесу спікання порошкових матеріалів у присутності рідкої фази.
Розділ V Технологія порошкових та композиційних матеріалів
Цілі лабораторних робіт: Вивчення закономірностей процесів спікання порошкових виробів. Ознайомлення з обладнанням та набуття практичних навичок спікання порошкових виробів.
Перелік лабораторних робіт:
8Вивчення закономірностей отримання порошкових виробів (конструкційних, тріботехнічних, інструментальних) та вивчення їх властивостей.
5 Рекомендовані індивідуальні завдання
Рекомендується проведення домашньої контрольної роботи (ДКР), метою якої є засвоєння знань з розділів дисципліни.
ДКР з дисципліни “Основи отримання порошкових та композиційних матеріалів”виконують за такими рекомендованими завданнями:
ДКР №1
1. Сутність методу отримання порошків електролізом водних розчинів солей.
- Щільність порошків. Методи визначення щільності порошків. Залежність щільності порошків від методу їх отримання.
- Закономірності ущільнення порошків з пластичних матеріалів.
- Капілярний тиск. Значення капілярного тиску при спіканні.
- Конструкційні матеріали. Їх характеристика та технологія отримання.
ДКР № 2
1. Дати характеристику методам отримання порошків високого ступеня дисперсності (з розміром частинок меншим за 30 мкм).