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
ПРИЛОЖЕНИЕ В Примерные темы курсовых работ (проектов)………………. 14
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).
1 Цель и название курсовой работы (проекта)
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).
2 Задание на выполнение
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.
3 Выполнение работы и оформление пояснительной записки
Курсовая работа 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;
-реферат;
-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).
4 Нормоконтроль
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.
5 Защита работы (проекта)
Заключительным этапом является защита работы (проекта) перед комиссией, назначенной заведующим кафедрой. Председателем комиссии является преподаватель, ведущий дисциплину. При защите студент должен обосновать физико-химические цели и задачи работы, продемонстрировать понимание особенностей строения металлических и оксидных сплавов в жидком, твердом кристаллическом и аморфном состояниях, аргументировано обосновать полученные результаты и выводы.
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 ф
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 ____________________
____________________________________
____________________________________
КУРСОВАЯ РАБОТА (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] |
||
| Провести численные расчеты структурных зависимостей (ФРРА)
|
||
| 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
Примерные темы курсовых работ (проектов)
«Расчет функции радиального распределения атомов и определение параметров структуры ближнего порядка металлического расплава «Ме
1
–Ме
2
» по данным дифракционного эксперимента»
| № |
Расплав «Ме
|
Состав, xMe
|
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
Спиридонов Михаил Александрович
Полухин Валерий Анатольевич
Методические указания к курсовой работе (проекту) для студентов дневной
формы обучения по дисциплинам «Физикохимия жидких металлов и сплавов» и «Строение и свойства твердых и жидких металлов»
Компьютерная верстка авторская
Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
Разрешен к публикации 20.12.08
Электронный формат – PDF
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