Программа подготовки «Материаловедение, технологии получения и обработки металлических материалов со специальными свойствами»

Перечень тем и вопросов к вступительному собеседованию

Тема 1. Строение твердых тел.

Роль материала в обеспечении надежной и долговечной эксплуатации изделий, деталей, конструкций. Основные понятия о свойствах материалов, классификация материалов по природе и назначению, типах кристаллических решеток. Понятия и определения дальнего и ближнего порядка, анизотропии, полиморфизма, сплава, компонента, фазы, твердых растворов.

Тема 2. Металлические материалы.

Металлы и сплавы. Основные закономерности первичной кристаллизации и их влияние на структурообразование. Строение слитка. Дендритная ликвация и способы ее устранения. Диффузионный и бездиффузионный механизмы превращений. Значение превращений в твердом состоянии в процессах формирования структуры и свойств. Деформация и рекристаллизация. Горячая и холодная деформация. Изменение структуры и свойств металлов в зависимости от температуры и скорости деформирования. Стадии рекристаллизации, ее движущая сила, механизмы влияния на структуру и свойства. Разрушение. Механизмы разрушения и структуры изломов. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Связь диаграммы со структурой и свойствами сплавов. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния Fe-Fe₃C. Структура и свойства сталей в равновесном состоянии. Стали. Чугуны. Углеродистые стали. Примеси в стали. Классификация углеродистых сталей по составу, способу выплавки, степени раскисления, качеству и назначению. Маркировка. Основные превращения в сталях. Основы термической обработки углеродистых сталей. Чугуны. Классификация и маркировка. Получение, структура, свойства чугунов. Графитизация. Специальные чугуны. Легированные стали. Классификация легирующих элементов и их влияние на структуру и свойства сталей. Классификация легированных сталей по составу, структуре и назначению. Медь и ее сплавы. Получение, структура, свойства, обработка, применение и маркировка медных сплавов. Алюминий и его сплавы. Литейные и деформируемые сплавы алюминия. Термическая обработка, структура и свойства дюралюминов. Сплавы магния. Титан и его сплавы. Структура, термообработка, свойства и маркировка титановых сплавов. Антифрикционные сплавы. Порог хладноломкости. Благородные металлы.

Тема 3. Композиционные материалы.

Принципы конструирования композиционных материалов и покрытий. Технология получения, составы, структура и свойства композиционных материалов различного назначения.

Тема 4. Материалы, их получение и технологические свойства.

Материалы в современном машиностроении. Свойства материалов эксплуатационные, технологические. Металлические материалы. Чистые металлы и сплавы. Металлургическое производство. Производство чугуна. Производство стали. Разливка стали, получение слитка. Цветные металлы и их сплавы. Производство алюминия. Производство меди. Повышение качества металлических материалов. Легирование, дополнительные технологические процессы. Основные технологии конструкционных металлических материалов.

Тема 5. Традиционные технологические процессы и операции.

Маршрутная схема получения и обработки материалов, заготовок и готовых деталей. Технологический цикл, его стадии и характеристики. Основы технологии литейного производства. Классификация способов изготовления отливок. Изготовление отливок в песчаных формах. Специальные виды литья. Свойства литейных материалов. Характеристика литейных сплавов. Основы технологии обработки металлов давлением. Деформационные процессы. Физические основы обработки материалов давлением. Особенности разных видов обработки материалов давлением. Специализированные технологические процессы обработки металлов давлением. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. Основы технологии обработки конструкционных материалов резанием. Схемы и режимы резания. Физико-механические основы резания. Технология обработки точением, сверлением, фрезерование. Основы технологии сварочного производства. Физические основы получения сварного соединения. Термическая, механическая, термо-механическая сварка. Виды сварочных процессов. Особенности сварки различных металлов и сплавов. Пайка.

Тема 6. Новые материалы и современные технологии.

Современные способы производства. Роль науки в создании новых материалов и технологий. Новые принципы, лежащие в основе создания материалов с заданными свойствами и разработки технологических процессов. Процессы высокоскоростной кристаллизации. Получение аморфных материалов. Методы упрочнения поверхности за счет модифицирования поверхностного слоя. Поверхностное пластическое деформирование. Поверхностная термическая обработка. Химико-термическая обработка. Защитные и упрочняющие покрытия. Механические методы нанесения покрытий. Химические и электрохимические покрытия. Газотермические методы напыления покрытий. Вакуумно-конденсационные методы напыления покрытий.

Тема 7. Высокие технологии, применяемые в машиностроении.

Технологии, использующие высококонцентрированные источники энергии. Лазерная, электроннолучевая обработка поверхности. Плазменные технологии. Технология термической обработки в магнитном поле.

Тема 8. Создание материалов с заданными свойствами.

Перспективные материалы. Особенности процессов получения изделий из композиционных материалов. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным компонентам композиционных материалов. Компьютерное конструирование новых материалов. Компьютерное моделирование технологических процессов. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

Тема 9. Основные понятия о напряжениях и деформациях.

Напряжение. Нормальные и касательные напряжения. Линейное, плоское и объемное напряженные состояния. Тензор напряжений. Условное и истинное напряжения. Деформация. Абсолютная и относительная деформация. Виды деформированного состояния. Условная и истинна деформация. Упругая и пластическая деформация, разрушение. Упругая деформация. Закон Гука. Элементарная и общая формы закона Гука. Константы упругости моно- и поликристаллов. Пластическая деформация. Диаграммы деформации. Пластическая деформация монокристаллов. Скольжение в процессе пластической деформации. Пластическая деформация поликристаллов.

Тема 10. Дислокационные представления о процессах пластической деформации и разрушения.

Понятие о дислокациях. Краевые и винтовые дислокации. Вектор Бюргерса. Движение дислокаций. Энергия дислокаций. Пересечение дислокаций. Взаимодействие дислокаций друг с другом, с точечными дефектами, с дисперсными частицами, с границами зерен. Пластическая деформация и упрочнение с позиций теории дислокаций.

Тема 11. Разрушение материалов.

Типы разрушения. Зарождение и распространение трещин. Вязкое разрушение. Хрупкое разрушение. Хладноломкость. Схемы объяснения хрупкого и вязкого состояния металлов. Диаграмма механического состояния Я.Б. Фридмана. Факторы, влияющие на механические свойства металлов. Классификация факторов, влияющих на механические свойства металлических материалов. Влияние скорости и температуры нагружения. Металлургические, технологические, конструкционные, эксплуатационные факторы. Влияние окружающей среды на механические свойства.

Тема 12. Статические испытания материалов.

Испытания на растяжение. Характеристики механических свойств, определяемые при испытаниях на растяжение. Первичная, условная и истинная диаграмма деформации при растяжении. Константы упругих свойств. Характеристики сопротивления упругим и малым пластическим деформациям, значительным пластическим деформациям, сопротивлениям разрушению, характеристики пластичности. Локализация деформации (в шейке). Образцы для испытания на растяжение. Машины для испытания на растяжение. Испытания на сжатие, его особенности и область применения. Условные и истинные диаграммы деформации. Образцы и машины для испытаний на сжатие. Испытание на изгиб. Схемы нагружения при испытаниях на изгиб. Напряжения и деформация при изгибе. Достоинства, недостатки, применение испытаний на изгиб.

Тема 13. Динамические испытания.

Скорость нагружения и скорость деформации. Влияние скорости деформирования на механические свойства металлов. Виды динамических испытаний. Характеристики сопротивления динамическим нагрузкам. Назначение, методика, образцы для испытаний на ударную вязкость. Оборудование для испытаний на ударную вязкость.

Тема 14. Твердость материалов.

Классификация методов измерения твердости. Измерение твердости вдавливанием. Методика, условия, особенности, границы применения измерения твердости по Бринелю, Роквеллу, Виккерсу. Методы измерения твердости царапанием, их особенности. Определение твердости по отскоку упругого тела. Связь твердости с другими механическими характеристиками. Измерение микротвердости. Измерение твердости при повышенных температурах.

Тема 15. Механические свойства при высоких температурах.

Влияние температуры на характеристики прочности и пластичности металлов. Ползучесть, виды ползучести. Процессы пластической деформации и разрушения при длительном действии нагрузок. Методы оценки сопротивления ползучести. Испытания на ползучесть. Способы повышения сопротивления ползучести. Кратковременные испытания при высоких и низких температурах.

Тема 16. Усталость металлов.

Сущность явления усталости, его практическое значение. Характеристика циклов нагружения. Предел выносливости и кривые выносливости. Влияние характера нагрузки, частоты, перерывов, перегрузок и недогрузок на сопротивление усталостному разрушению. Влияние качества поверхности, термической обработки, размеров образца. Испытания на усталость.

Тема 17. Элементы квантовой теории.

Волновые свойства микрочастиц. Электроны в атомах. Типы межатомных связей. Энергия связи. Классификация твердых тел по типу межатомных связей

Тема 18. Теплофизические свойства материалов.

Колебания кристаллической решетки. Фононы. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Теория теплоемкости Дебая. Тепловое расширение материалов. Теплопроводность твердых тел. Фононная теплопроводность. Электронная теплопроводность. Закон Видемана-Франца.

Тема 19. Электрические свойства материалов.

Классическая электронная теория металлов. Квантовая теория электропроводности металлов (теория Зоммерфельда). Основы зонной теории металлов. Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры. Удельное сопротивление чистых металлов и металлических сплавов. Термо-Э.Д.С. Электрические свойства диэлектриков. Ионная электропроводность диэлектриков. Вакансионный и межузельный механизмы ионной проводимости. Диэлектрическая проницаемость. Поляризация диэлектриков. Диэлектрические потери. Пробой твердых диэлектриков. Сегнето- и пьезоэлектрики. Электропроводность полупроводников. Общие представления о полупроводниках. Донорные и акцепторные полупроводники. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры.

Тема 20. Магнитные свойства материалов и сверхпроводимость.

Магнетизм твердых тел. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Намагничивание ферромагнетиков. Ферриты. Явление сверхпроводимости.

РАЗДЕЛ IV

Учебно-методическое и программно-информационное обеспечение.