материаловедение MU_k_k/r

1

1.Цели и задачи изучения дисциплины

1.1.Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины žЭлектротехническое и конструкционное материаловедение¤ являются:

изучение свойств электроизоляционных, проводниковых и конструкционных материалов, применяемых в электротехнической промышленности и энергетике;

оценка влияния условий эксплуатации на свойства электротехнических и конструкционных материалов;

умение правильно выбирать материалы при решении инженерных задач.

1.2. Задачи изучения дисциплины

Задачи изучения дисциплины:

установить зависимости между составом, строением и свойствами конструкционных и электротехнических материалов;

изучить способы повышения физико-механических свойств материалов, обеспечивающих эксплуатацию электротехнических устройств с высокими рабочими характеристиками;

раскрыть физическую сущность явлений, происходящих в конструкционных и электротехнических материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и показать их влияние на свойства материалов;

изучить основные группы современных конструкционных

иэлектротехнических материалов, их свойства и область применения;

изучить конструкционные стали общего и специального назначения, цветные сплавы, применяемые в современном электротехническом оборудовании, а также технологии получения и применения этих материалов.

Дисциплина относится к профессиональному циклу и базируется на следующих дисциплинах математического и естественнонаучного цикла: физика, химия, информатика, а также на дисциплине профессионального цикла: теоретические основы электротехники.

2

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины £Электротехническое и конструкционное материаловедение¤.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

общепрофессиональных:

способность и готовность анализировать научнотехническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

для проектно-конструкторской деятельности:

готовность работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);

способность разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);

способность оценивать механическую прочность разрабатываемых конструкций (ПК-13);

для научно-исследовательской деятельности:

готовность использовать технические средства испытаний технологических процессов и изделий (ПК-45).

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

по компетенции ПК-6:

сведения об основах материаловедения;

основные группы современных материалов, их свойства и область применения;

процессы и закономерности, определяющие формирование структуры и получение различных свойств материалов;

технологические приемы, используемые на практике с целью придания материалам определенных свойств;

основные методы направленного изменения свойств материалов;

по компетенции ПК-8:

основные свойства конструкционных и электротехнических материалов для использования их в проектах электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов;

влияние на свойства материалов условий эксплуатации;

3

по компетенции ПК-9:

основные свойства конструкционных и электротехнических материалов с целью использования их при разработке простых конструкций электроэнергетических и электротехнических объектов;

влияние на свойства материалов условий эксплуатации;

влияние свойств материалов на параметры электроэнергетических и электротехнических устройств;

по компетенции ПК-13:

механические свойства конструкционных и электротехнических материалов;

влияние на механические свойства материалов условий эксплуатации;

по компетенции ПК-45:

технические средства испытаний технологических процессов и изделий.

Уметь:

по компетенции ПК-6:

определять виды металлов и материалов;

применять современные технологии и оборудование для обработки конструкционных материалов;

производить измерение характеристик электротехнических материалов;

по компетенции ПК-8:

выбирать материалы для электротехнических устройств;

правильно выбирать электротехнические материалы в зависимости от условий их эксплуатации;

давать сравнительную оценку свойств материалов, используемых в электротехнических устройствах;

по компетенции ПК-9:

выбирать материал для конкретного изделия;

выбирать способ обработки, а также методику разработки технологических процессов изготовления деталей;

оценивать изменение свойств материалов, используемых

вэлектротехнических устройствах, в процессе эксплуатации;

4

по компетенции ПК-13:

выбирать материалы для конкретного изделия с учетом механических нагрузок;

оценивать влияние внешних факторов на механическую прочность разрабатываемых конструкций;

по компетенции ПК-45:

производить испытание изоляционных материалов на про-

бой;

производить испытание механических свойств материалов;

Владеть:

по компетенции ПК-6:

эффективными методами обработки материалов с целью придания им определенных свойств;

информацией о назначении и областях применения конструкционных и электротехнических материалов;

по компетенции ПК-8:

приемами использования технической и справочной литературы для выбора необходимых по назначению и характеристикам материалов для электротехнических устройств;

средствами компьютерной техники и информационными технологиями при работе над проектами электроэнергетических

иэлектротехнических систем и их компонентов;

по компетенции ПК-9:

эффективными методами обработки материалов с целью повышения надежности и долговечности изготовляемых изделий;

средствами компьютерной техники и информационными технологиями при разработке простых конструкций электроэнергетических и электротехнических объектов;

по компетенции ПК-13:

методами оценки механической прочности разрабатываемых конструкций;

по компетенции ПК-45:

техническими средствами испытаний материалов и изделий на механическую прочность;

навыками работы с измерительными приборами и аппаратами для проведения испытаний конструкционных и электротехнических материалов.

5

2. Содержание теоретической части Введение

Общие сведения о материалах. Предмет и содержание курса. Понятие žновые материалы¤. Значение новых материалов для на- учно-технического прогресса. Классификация материалов. Область применения материалов в электроэнергетике.

Литература: [1], [18].

Раздел 1. Конструкционные материалы Тема 1.1. Общие сведения о строении и свойствах метал-

лов и сплавов

Строение и свойства металлов. Металлические сплавы: строение и свойства. Классификация и маркировка углеродистых и легированных электротехнических сталей. Коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие сплавы. Сплавы на основе алюминия и меди.

Литература: [1], [4], [9], [10], [11], [12], [18].

Тема 1.2. Общие сведения о технологиях обработки металлов

Классификация видов термической обработки. Термическая обработка сталей. Обработка металлов давлением. Высокоэнергетические технологии обработки материалов.

Литература: [1], [4], [12], [16], [17], [18].

Раздел 2. Диэлектрические материалы Тема 2.1. Поляризация диэлектриков

Поляризация диэлектриков. Основные виды поляризации. Эквивалентная схема замещения диэлектрика. Количественная оценка поляризационных процессов.

Литература: [2], [3], [5].

Тема 2.2. Электропроводность диэлектриков

Физическая сущность электропроводности различных диэлектриков. Поверхностная и объемная электропроводности. Электропроводность газообразных, жидких и твердых диэлектриков. Факторы, влияющие на электропроводность диэлектриков.

Литература: [2], [3], [5].

6

Тема 2.3. Диэлектрические потери

Физическая сущность диэлектрических потерь. Схемы замещения идеального и реального диэлектрика. Угол диэлектрических потерь. Виды диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах.

Литература: [2], [3], [5].

Тема 2.4. Пробой диэлектриков

Общая характеристика явления пробоя. Электрический, тепловой, электрохимический виды пробоев. Пробой газообразных, жидких и твердых диэлектриков.

Литература: [2], [3], [5], [6], [7], [8], [19], [20], [21].

Тема 2.5. Механические и физико-химические свойства диэлектриков

Механические свойства диэлектриков. Тепловые свойства диэлектриков: нагревостойкость, холодостойкость, тропикостойкость, теплопроводность. Химические свойства: растворимость, радиационная стойкость, трекингостойкость. Влажностные свойства: гигроскопичность, влагопроницаемость.

Литература: [2], [3], [5].

Раздел 3. Проводниковые материалы Тема 3.1. Свойства проводников

Классификация проводниковых материалов. Основные свойства проводниковых материалов и использование этих свойств в электрооборудовании. Материалы высокой удельной проводимости. Сплавы высокого сопротивления. Сверхпроводники. Криопроводники.

Литература: [2], [3], [5].

Тема 3.2. Применение проводников

Биметаллические проводники. Сплавы для термопар и нагревательных элементов. Контактные материалы.

Литература: [2], [3], [5], [14].

7

3.Перечень лабораторных работ

1.Микроструктура, свойства и маркировка углеродистых

сталей.

2.Классификация и маркировка сплавов цветных металлов.

3.Влияние режимов термообработки на структуру и свойства стали.

4.Механические свойства металлов и сплавов.

5.Методы испытания механических свойств материалов.

6.Вводный инструктаж по электробезопасности.

7.Пробой твердых диэлектриков.

8.Испытание трансформаторного масла на пробой.

9.Пробой воздуха в однородном и неоднородном электрических полях.

10.Виртуальная лабораторная работа žПробой твердых диэлектриков¤.

11.Виртуальная лабораторная работа žПробой жидких диэлектриков¤.

12.Виртуальная лабораторная работа žИсследование влияния различных факторов на электрическую прочность воздуха¤.

13.Исследование относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

14.Полимерные материалы: классификация, строение, свойства и применение.

15.Кабели.

16.Проводниковые материалы: свойства и применение.

4.Указания к выбору варианта и оформлению

контрольной работы

Контрольная работа состоит из трех заданий по 25 вариантов в каждом. Номер варианта определяется по двум последним цифрам шифра зачетной книжки студента. Если последние цифры шифра образуют число больше двадцати пяти, то от этого числа следует вычесть 25 n, где n = 1, 2, 3. Например, шифр зачетной книжки ЭПб-11-32-695, следовательно, номер варианта – 95 – 25 3 = 95 – 75= 20.

8

Контрольные задания выполняют в отдельной тетради. В конце выполненной контрольной работы приводят список литературы, дату выполнения, шифр и подпись.

5. Методические указания по выполнению контрольной работы

Задание №1. Свойства и применение сталей, чугунов и сплавов цветных металлов:

расшифровать марку материалов в соответствии с вариантом (табл. 1);

указать химический состав материалов;

описать свойства материалов;

указать область применения материалов.

Таблица 1

При выполнении задания рекомендуется использовать учеб- но-методическую литературу [9], [10], [11], [12], [16], [17].

Задание № 2. Свойства и область применения диэлектри-

ков.

Кратко ответить на вопросы, представленные в табл. 2, касающиеся свойств диэлектриков. В соответствии с вариантом выбрать тему реферата, в котором необходимо дать описание свойств и области применения диэлектрика.