Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 16
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет–УПИ» Кафедра «Теория металлургических процессов» М.А. Спиридонов, В.А. Полухин
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО
–
ДИНАМИЧЕСКОГО И
ДИФРАКЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТОВ
ПО ИССЛЕДОВАНИЮ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ
Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Теория металлургических процессов» Научный редактор: проф., д-р. хим. наук Л.А.Жукова Методические указания к курсовой работе (проекту) для студентов дневной формы обучения по дисциплинам «Физикохимия жидких металлов и сплавов» специальности 150701 – Физикохимия процессов и материалов; «Строение и свойства твердых и жидких металлов» специальностей 150104 – Литейное производство черных и цветных металлов, 150108 – Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия. Приведены рекомендации по выполнению курсовой работы (проекта), требования к содержанию, оформлению пояснительной записки и защите перед комиссией. © ГОУ ВПО УГТУ–УПИ Екатеринбург 2009 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.……………………………………………………………….…… 2 1 Цель и название курсовой работы (проекта) ……….……………..……… 2 2 Задание на выполнение ………….………………………………………….. 2 3 Выполнение работы и оформление пояснительной записки ……….…….3 4 Нормоконтроль ……….…………………………………………………….. 5 5 Защита проекта……………...……………………………………………….. 5 Список рекомендованных источников……………………………………………. 5 ПРИЛОЖЕНИЕ А Пример оформления титульного листа……………………. 10 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Пример задания на курсовую работу (проект)……………… 11 ВВЕДЕНИЕ Основной задачей методических указаний является помощь студентам в выполнении предусмотренных учебными планами курсовой работы (проекта) по дисциплинам «Физикохимия жидких металлов и сплавов» и «Строение и свойства твердых и жидких металлов». Выполнение курсовой работы (проекта) является важным этапом подготовки инженера-металлурга и формирования навыков комплексного анализа структуры как однокомпонентных, так и сложных по составу металлических и оксидных расплавов (сплавов). Исследование строения металлов и сплавов в твердом и жидком состояниях с целью последующего расчета их физико-химических свойств. Название работы приводится на титульном листе (Приложение А) пояснительной записки (ПЗ). Для достижения цели следует использовать теоретический лекционный материал и знания, полученные при изучении курсов «Физическая химия» (раздел «Строение вещества»), «Физико-химическая гидродинамика», «Высшая математика» и др.; опыт, приобретенный в ходе выполнения лабораторных работ. Для решения поставленных задач необходимо владеть навыками компьютерной обработки опытных данных и методами моделирования. Необходимые для выполнения курсовой работы знания и умения, как и в инженерной практике, определены объектом исследования (заданием). В задание включены вопросы, являющиеся ключевыми по профилю подготовки специалиста. В большинстве заданий необходимо применение методики математической обработки экспериментальных данных и провести детальный анализ структуры расплава. Задание установленной формы (Приложение Б) выдает преподаватель, данной дисциплины. В нем указываются сроки, название работы, перечисляются вопросы, подлежащие разработке, и материалы, представляемые к защите. Задание утверждается заведующим кафедрой. Примерная тематика курсовых работ включает разработку следующих вопросов: -расчет трехмерных координат расположения атомов металлов в трехмерном пространстве для ряда координационных сфер, -вычисление теоретической интенсивности рассеяния излучения твердыми кристаллическими, аморфными и жидкими веществами, -молекулярно- динамическое моделирование структуры и физико-химических свойств металлических систем, -расчет параметров структуры ближнего порядка неупорядоченными конденсированными металлическими системами. Конкретную тему задания уточняет руководитель курсовой работы. Примерный перечень тем приведен в Приложении B. является одной из форм самостоятельной работы студента, т.е. выполняется во время, свободное от аудиторных занятий. Консультации проводятся еженедельно по специальному расписанию. Необходимые для выполнения курсовой работы теоретические сведения и навыки изложены в лекционном курсе и теории лабораторных работ. Предполагается, что автор работы самостоятельно познакомится с рекомендуемой литературой (см. список использованных источников в Приложении В) и перечислит известные методы исследования указанной металлической системы, отметив преимущества и недостатки каждого из них; систематизирует знания о строении и физико-химических свойствах конденсированных фаз, методах компьютерного моделирования и других теоретических приемов эффективного контроля качества получаемых материалов. В большинстве заданий необходимо применение методики математической обработки экспериментальных данных и детальный анализ структуры расплава. В ходе выполнения задания студент должен в соответствии с поставленной задачей обосновать выбор применяемого алгоритма, отметив его ограничения и принятые допущения, интерпретировать полученные им лично данные и классифицировать структурные признаки изучаемого расплава, в частности специфику пространственного расположения центров рассеяния в данном расплаве. Пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с действующими ГОСТ’ми, применение которых является одним из элементов подготовки к будущей инженерной или научно-исследовательской деятельности (см. например, ГОСТ 7.1.2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления). В пояснительной записке следует раскрыть цель, основные теоретические положения, методику выполнения, основные результаты и их обсуждение, заключение (выводы), список использованных источников, приложения (если необходимо). Пояснительная записка должна включать следующие структурные элементы: -титульный лист; -задание на проектирование; -; -содержание, состоящее из введения, основной части и заключения; -список использованных источников; -приложения. В частности, титульный лист, пример которого показан в приложении А, является первой страницей пояснительной записки. Допускается предоставление записки в электронной форме. В этом случае председателю комиссии заранее предоставляется предварительно проверенный на отсутствие вирусов файл (форматы: .doc, .pdf или др.), распечатанный титульный лист с подписями автора и нормоконтролера. Пояснительная записка может быть передана на предварительную проверку по электронной почте (адрес следует уточнить у председателя комиссии). Целью нормоконтроля является установление соответствия документации действующим ГОСТам. Нормоконтролером является преподаватель, назначенный распоряжением заведующего кафедрой. К защите допускаются проекты, прошедшие нормоконтроль, что удостоверяется подписью на титульном листе пояснительной записки. Список рекомендованных источников
1. Жукова, Л.А. Структурные факторы и расчет функций распределения на ЭВМ: Учеб. пособие [Текст] / Л.А. Жукова, М.А. Спиридонов, Ю.И. Масленников [и др.]. – Свердловск : УПИ. – 1990. – 67 с.– Режим доступа: http://study.ustu.ru/view. 2. Попель, С.И. Атомное упорядочение в расплавленных и аморфных металлах по данным электронографии [Текст] / С.И. Попель, М.А. Спиридонов, Л.А. Жукова. –
Екатеринбург : УГТУ, 1997. – 383 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 344–382. – 250 экз. – ISBN 5-230-06484-6. 3. Спиридонов, М.А. Расплавы. Статика. Динамика. Структура [Текст] : учеб. пособие / М.А. Спиридонов. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2004. – 79 с. : ил.; – Библиогр.: с.78. – 150 экз. – ISBN 5-321-00510-9. – Режим доступа: http://study.ustu.ru/view/aid_view.aspx?AidId=435. 4. Арсентьев, П.П. Металлические расплавы и их свойства [Текст] / П.П. Арсентьев, Л.А. Коледов. –
М. : Металлургия, 1976. –
376 c. : ил. ; – Библиогр. : с. 356–371. –Предм. указ. : с. 372–375. – 3700 экз. 5. Дутчак, Я.И. Рентгенография жидких металлов [Текст] / Я.И. Дутчак. –
Львов : Вища школа, 1977. –
163 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 155–160. – 1800 экз. 6. Ватолин, Н.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов [Текст] / Н.А. Ватолин, Э.А. Пастухов. –
М. : Металлургия, 1980. –
188 c. 7. Белащенко, Д.К. Структура жидких и аморфных металлов [Текст] / Д.К. Белащенко. –
М. : Металлургия, 1985. – 1
93 c. : ил. ; – Библиогр. : с. 185–191. – 1725 экз. 8. Баум, Б.А. Жидкая сталь [Текст] / Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов и др. –
М. : Металлургия, 1984. –
208 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 199–207. – 1630 экз. 9. Островский, О.И. Свойства металлических расплавов [Текст] / О.И. Островский, В.А. Григорян, А.Ф. Вишкарев. –
М. : Металлургия, 1988. –
304 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 295–304. – 2740 экз. – ISBN 5-229-00042-2. 10. Жукова, Л.А. Строение металлических жидкостей [Текст] / Л.А. Жукова. – Екатеринбург : ГОУ УГТУ–УПИ, 2002. –
61 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 60. – 100 экз. – ISBN 5-321-00228-2. 11. Жукова, Л.А. Строение и свойства двойных металлических сплавов в жидком и аморфном состояниях [Текст] / Л.А. Жукова. – Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2003. – 80 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 80. – 100 экз. – ISBN 5-321-00363-7. 12. Вилсон, Д.Р. Структура жидких металлов [Текст] / Д.Р. Вилсон. – М. : Металлургия, 1972. –
247 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 232–247. – 4300 экз. 13. Марч, Н. Г. Жидкие металлы [Текст] / Н.Г. Марч; перев. с англ. под ред. В. М. Глазова. – М. : Металлургия, 1972. – 128 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 119–125. – 4000 экз. 14. Баталин, Г.И. Термодинамика и строение жидких сплавов на основе алюминия [Текст] / Г.И. Баталин, Е.А. Белобородова, В.П. Казимиров. – М. : Металлургия, 1983. – 160 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 151–158. – 970 экз. 15. Полтавцев, Ю. Г. Структура полупроводниковых расплавов [Текст] / Ю.Г. Полтавцев. – М. : Металлургия, 1984. – 176 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 171–176. – 780 экз. 16. Еланский, Г. Н. Строение и свойства жидкого металла – технология плавки – качество [Текст] / Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин. – М. : Металлургия, 1984. – 239 с. : ил. ; – Библиогр. : с. 229–236. – 3100 экз. 17. Металлические стекла [Текст] / Перев. с англ. под ред. Дж. Дж. Гилмана и Х. Дж. Лими. – М. : Металлургия, 1984. – 264 с. : ил. 158; – Библиогр. : 601 назв. – Предм. указ. : с. 260–263. – 2500 экз. 18. Фельц, А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела [Текст] / А. Фельц. Перев. с нем. под ред. И.В. Тананаева и С.А. Дембовского. – М. : Мир, 1986. – 558 с. : ил. ; – Предм. указ. : с. 545–551. – 2370 экз. 19. Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов [Текст]/ И.П. Суздалев. М. : КомКнига, 2006. – 592 с. 20. Пул, Ч. Нанотехнологии [Текст]/ Ч. Пул, Ф.Оунс. – М. : Техносфера, 2005. – 336 с. 21. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии [Текст]/ А.И. Гусев. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 416 с. 22. Кекало, И.Б. Нанокристаллические магнитомягкие материалы: Учебное пособие [Текст]/ И.Б. Кекало. – М. : МИСиС, 2000. – 227 с. 23. Лякишев, Н.П.Объемные наноматериалы конструкционного назначения [Текст]/ Н.П. Лякишев, М.И.Алымов, С.В. Добаткин. – Металлы. 2003, №3. С. 3-16. 24. Валиев, Р.З. Объемные наноструктурные металлические материалы:получение, структура и свойства [Текст]/ Р.З. Валиев, И.В. Александров. – М. : ИКЦ «Академкнига», 2007. – 398 с. 25. Панфилов А.М. TDHT: база данных по термодинамическим свойствам веществ и растворов при высоких температурах [Электронный ресурс]: для студентов металлургического и физико-технического факультетов всех форм обучения/ А.М.Панфилов, Н.С.Лямкина. – Электронные данные и прогр. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ, ТМП, 2000. – Режим доступа: //lvt/mtf/db/tdph/tdht/xls. 26. Панфилов А.М. Применение физической химии к решению инженерных задач / А.М.Панфилов. – Учебное электронное текстовое издание. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ, ТМП, 2007. – Режим доступа: //lvt/mtf/db/tdph/tdht/xls. 27. Теория металлургических процессов [Текст] : Учебное пособие/ Отв. ред. Д.И. Рыжонков. - М. : Металлургия, 1989. – 463 с. 28. Метастабильные и неравновесные сплавы [Текст]/ Отв. ред. Ю.В. Ефимов. – М. : Металлургия, 1987. – 255 с. 29. Лякишев, Н.П. Алюминотермия [Текст]/ Н.П. Лякишев и др. – М. : Металлургия, 1997. – 423 с. 30. Сейфулин, Р.С. Композиционные материалы [Текст]/ Р.С Сейфулин. – М. : Химия, 196З. – 304 с. 31. Ковнеристый, И.К. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов [Текст]/ И.К. Ковнеристый, Э.И. Осипов, Е.А. Трофимова.– М.: Наука, 1983. – 144 с. 32. Поволоцкий, Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов. Учебное пособие [Текст]/ Д.Я. Поволоцкий и др. – М.:
Металлургия, 1984. – 550 с. 33. Куликов, И.С. Раскисление металлов [Текст]/ И.С. Куликов. – М. : Металлургия, 1975. – 505 с. 34.Григорян, В.А. Теоретические основы электросталеплавильных процессов [Текст] /В.А. Григорян, Л.Н. Белянчиков, А.Я. Стомахин. – М. : Металлургия, 1979. – 255 с. 35. Кекало, И.Б. Аморфные магнитные материалы: Учебное пособие [Текст]/ И.Б. Кекало – М. : МИСиС, 2002. – 173с. 36. Полухин, В.А. Моделирование наноструктуры и прекурсорных состояний [Текст]/ В.А. Полухин. – Екатеринбург: УрО РАН2004. – 207с. 37. Иванова, В.С. Синергетика и фракталы в материаловедении [Текст]/ В.С. Иванова, А.С. Баланкина, И.Ж. Бунин и др. – М.: Наука, 1994. –382с. ПРИЛОЖЕНИЕ А Пример оформления титульного листа пояснительной записки Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ» Кафедра «Теория металлургических процессов» Оценка проекта _____________________ Члены комиссии ____________________ ____________________________________ ____________________________________ (ПРОЕКТ) 150701 000000 006 ПЗ Руководитель д. ф-м . н., проф.__________________________________________ В.А. Полухин
Нормоконтролер д. х . н., проф.____________________________________________ М.А. Спиридонов
Студент гр. Мт ХХХХХ___________________________________________ Д.С. Медведев
Екатеринбург 2009 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Пример задания на курсовую работу (проект) Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет–УПИ» «УТВЕРЖДАЮ» Зав. кафедрой « ___» ____________ 2009 Задание № XX на курсовую работу (проект) Студент группы Мт
–X
Х
XXX
специальность ХХХ
XXX
Фамилия _______________ Имя _________Отчество ________________ Руководитель курсовой работы проф., д.х.н. Спиридонов М.А.
Срок проектирования с XX
.
XX
.
XX
по XX
.
XX
.
XX
1 Тема курсовой работы (проекта)
«Расчет функции радиального распределения атомов и определение параметров структуры ближнего порядка металлического расплава «Ме1
-Ме2
» по данным дифракционного эксперимента». 2 Содержание работы
(какие графические работы и расчеты должны быть выполнены) 2.1 Составить программу расчета функции радиального распределения атомов (ФРРА) на алгоритмическом языке высокого уровня (Бейсик, Паскаль, Си++ и др.). Возможно применение стандартных пакетов типа EXСEL. 2.2 Основные исходные данные: 2.2.1 экспериментальные зависимости интенсивности (или структурные факторы) рассеяния излучения (нейтронов, рентгеновских лучей, электронов) неупорядоченными конденсированными веществами (НКВ), т.е. металлическими жидкостями или твердыми аморфными телами от половины угла рассеяния или волнового числа; 2.2.2 метод исследования – нейтроно-, рентгено- или электронографический; 2.2.3 табулированные значения угловой зависимости атомных факторов рассеяния излучения (если необходимо по условиям задачи); 2.2.4 список основных литературных источников, содержащих как теоретические, так и экспериментальные сведения о проведенных исследования. 2.3 Проверить работоспособность программы, используя контрольный пример расчета ФРРА, приведенный в методических указаниях [1]. 2.4 Рассчитать ФРРА для заданного преподавателем металлического расплава, температуры и химического состава по известным табулированным зависимостям структурного фактора (интенсивности рассеяния) от половины угла рассеяния q
(или волнового числа S =
4
p
sin
q
/
l
) [1]. 2.5 По ФРРА определить основные параметры структуры ближнего порядка (СБП) в НКВ – координационные числа, наиболее вероятные межатомные расстояния, среднеквадратичные отклонения от положения равновесия размеры области существования ближнего порядка [1–3]. 2.6 Используя модельные представления [1,2], рассчитать теоретические значения площади под первым координационным максимумом и сопоставить их с экспериментальными данными. 2.7 Получить дополнительный индивидуальный вопрос задания у преподавателя. 2.8 Кратко изложить основные теоретические сведения, методические особенности дифракционных методов исследования и сделать выводы о пространственном расположение центров рассеяния в исследуемом металлическом расплаве, используя приведенные в библиографическом списке литературные данные [4-37]. 3 Особые дополнительные сведения
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
4 План выполнения курсового проекта
Наименование элементов курсового проекта Сроки Отметка о выполнении Получить индивидуальное задание Составить алгоритм программы расчета ФРРА Проверить работоспособность алгоритма, используя ynконтрольный пример [1] Рассчитать модельные и экспериментальные значения параметров структуры ближнего Порядка Сделать физико-химические выводы о влиянии состава (температуры) на параметры структуры металлического расплава Оформить курсовой проект и подготовиться к его защите. 5 Курсовой проект закончен
6 Оценка
Руководитель Спиридонов М.А.
ПРИЛОЖЕНИЕ В № Расплав «Ме
1
–Ме
2
» Состав, xMe
2
Температура, K Примечания 1 Ga–Pb 0,100 593, 673 [1], c.21–24 2 Ga–Pb 0,100 723, 773 [1], c.21–24 3 Ga–Pb 0,300 723, 773 [1], c.25–28 4 Ga–Pb 0,300 823, 873 [1], c.25–28 5 Ga–Pb 0,500 593, 723 [1], c.28–31 6 Ga–Pb 0,500 773, 823 [1], c.28–31 7 Ga-Pb 0,500 873, 893 [1], c.28–31 8 Ga–Pb 0,700 593, 673 [1], c.32–35 9 Ga–Pb 0,700 723, 773 [1], c.32–35 10 Ga–Pb 0,700 823, 893 [1], c.32–35 11 Ga–Bi 0,085; 0,260 503 [1], c.35–38 12 Ga–Bi 0,085; 0,260 573 [1], c.35–38 13 Ga–Bi 0,260 723, 773 [1], c.35–38 14 Ga–Bi 0,500; 0,615 503 [1], c.39–42 15 Ga–Bi 0,500; 0,615 573 [1], c.39–42 16 Ga–Bi 0,500 773, 873 [1], c.39–42 17 Pb–Bi 0,800; 0,550 600, 520 [1], c.46–48 18 Pb–Bi 0,350; 0,200 540, 630 [1], c.46–48 19 Al–In 0,030 913, 1003 [1], c.52–55 20 Al–In 0,070 913, 1073 [1], c.52–55 21 Al–In 0,190 913, 973 [1], c.52–55 22 Al–In 0,800 913, 1073 [1], c.52–55 23 Bi–In 0,500 473, 673 [1], c.55–57 24 Ge–Bi 0,200; 0,350 1143 [1], c.58–60 25 Ge–Bi 0,350; 0,900 1143, 973 [1], c.58–60 26 Al–Sn 0,100; 0,300 900, 890 [1], c.60–63 27 Al–Sn 0,500 840, 940 [1], c.60–63 28 Al–Sn 0,500; 0,800 1040, 750 [1], c.60–63 29 Ga–In 0,160; 0,500 350 [1], c.49–51 30 Ga–In 0,500; 0,700 350 [1], c.49–51 31 Cu-Ge 0,700; 0,250 1173 [1], c.42–45 Учебное электронное текстовое издание
Полухин Валерий Анатольевич Методические указания к курсовой работе (проекту) для студентов дневной Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
Разрешен к публикации 20.12.08
Формат 60х90 1/8
Издательство ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
e-mail: sh@uchdep.ustu.ru
Информационный портал
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
http://www.ustu.ru
|