Știința și Tehnologia Materialelor este una dintre cele mai importante discipline pentru aproape toți studenții care studiază inginerie mecanică. Crearea de noi dezvoltări care ar putea concura pe piața internațională este imposibil de imaginat și implementat fără o cunoaștere aprofundată a acestui subiect.
Studiarea gamei diferitelor materii prime și a proprietăților acestora este cursul științei materialelor. Diverse proprietăți ale materialelor utilizate predetermina domeniul de aplicare a acestora în inginerie. Structura internă a unui metal sau aliaj compozit afectează direct calitatea produsului.
Funcții de bază
Știința Materialelor și Tehnologia Materialelor Structurale evidențiază cele mai importante patru caracteristici ale oricărui metal sau aliaj. În primul rând, acestea sunt caracteristici fizice și mecanice care fac posibilă prezicerea calităților operaționale și tehnologice ale unui viitor produs. Principala proprietate mecanicăaici este puterea - afectează direct indestructibilitatea produsului finit sub influența sarcinilor de lucru. Doctrina distrugerii și a forței este una dintre cele mai importante componente ale cursului de bază „știința și tehnologia materialelor”. Această știință formează baza teoretică pentru găsirea aliajelor și componentelor structurale potrivite pentru fabricarea pieselor cu caracteristicile de rezistență dorite. Caracteristicile tehnologice și operaționale fac posibilă prezicerea comportamentului produsului finit la sarcini de lucru și extreme, calcularea limitelor de rezistență și evaluarea durabilității întregului mecanism.
Materiale principale
În ultimele secole, metalul a fost principalul material pentru crearea mașinilor și mecanismelor. Prin urmare, disciplina „știința materialelor” acordă o mare atenție științei metalelor - știința metalelor și aliajelor lor. O mare contribuție la dezvoltarea sa au avut oamenii de știință sovietici: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. și alții.
Obiective de știință a materialelor
Bazele științei materialelor trebuie să fie studiate de viitorii ingineri. La urma urmei, scopul principal al includerii acestei discipline în curriculum este de a-i învăța pe studenții de inginerie să facă alegerea corectă a materialului pentru produsele de inginerie, pentru a prelungi durata de viață a acestora.
Atingerea acestui obiectiv îi va ajuta pe viitorii ingineri să rezolve următoarele probleme:
- Evaluați corect proprietățile tehnice ale unui material prin analiza condițiilor de fabricațieprodus și durata de viață a acestuia.
- Pentru a avea idei științifice bine formate despre posibilitățile reale de îmbunătățire a oricăror proprietăți ale unui metal sau aliaj prin schimbarea structurii acestuia.
- Aflați despre toate modalitățile de întărire a materialelor care pot asigura durabilitatea și performanța uneltelor și produselor.
- Ai cunoștințe actualizate despre principalele grupuri de materiale utilizate, proprietățile acestor grupuri și domeniul de aplicare.
Cunoștințe necesare
Cursul „Știința materialelor și tehnologia materialelor structurale” este destinat acelor studenți care înțeleg și pot explica deja semnificația unor caracteristici precum stresul, sarcina, deformarea plastică și elastică, starea de agregare a materiei, structura cristalină a metalelor, tipuri de legături chimice, proprietăți fizice de bază ale metalelor. În procesul de studii, studenții urmează o pregătire de bază, care le va fi utilă pentru a cuceri disciplinele de profil. Cursurile mai avansate acoperă diverse procese și tehnologii de fabricație, în care știința și tehnologia materialelor joacă un rol important.
Cine lucrează?
Cunoașterea caracteristicilor de proiectare și a caracteristicilor tehnice ale metalelor și aliajelor vor fi utile unui tehnolog, inginer sau proiectant care lucrează în domeniul funcționării mașinilor și mecanismelor moderne. Specialiștii în domeniul tehnologiei materialelor noi își pot găsi locul de muncă în inginerie, auto, aviație,industria energetică și spațială. Recent, a existat un deficit de specialiști cu diplomă în știința și tehnologia materialelor în industria de apărare și în domeniul dezvoltării comunicațiilor.
Dezvoltarea științei materialelor
Ca disciplină separată, știința materialelor este un exemplu de știință aplicată tipică care explică compoziția, structura și proprietățile diferitelor metale și aliaje ale acestora în diferite condiții.
Capacitatea de a extrage metal și de a face diferite aliaje a fost dobândită de o persoană în perioada de descompunere a sistemului comunal primitiv. Dar, ca știință separată, știința materialelor și tehnologia materialelor au început să fie studiate cu puțin peste 200 de ani în urmă. Începutul secolului al XVIII-lea este perioada descoperirilor de către enciclopedul francez Réaumur, care a încercat primul să studieze structura internă a metalelor. Studii similare au fost efectuate de producătorul englez Grignon, care în 1775 a scris un scurt raport despre structura columnară pe care a descoperit-o, care se formează în timpul solidificării fierului.
În Imperiul Rus, primele lucrări științifice în domeniul metalurgiei i-au aparținut lui M. V. Lomonosov, care în manualul său a încercat să explice pe scurt esența diferitelor procese metalurgice.
Știința metalelor a făcut un mare s alt înainte la începutul secolului al XIX-lea, când au fost dezvoltate noi metode de studiere a diferitelor materiale. În 1831, lucrările lui P. P. Anosov au arătat posibilitatea examinării metalelor la microscop. După aceea, mai mulți oameni de știință din mai multe țări au demonstrat științifictransformări structurale ale metalelor în timpul răcirii lor continue.
O sută de ani mai târziu, era microscoapelor optice a încetat să mai existe. Tehnologia materialelor structurale nu a putut face noi descoperiri folosind metode învechite. Optica a fost înlocuită cu electronică. Știința metalelor a început să recurgă la metode electronice de observare, în special, difracția neutronilor și difracția electronilor. Cu ajutorul acestor noi tehnologii, este posibilă creșterea secțiunilor metalelor și aliajelor de până la 1000 de ori, ceea ce înseamnă că există mult mai multe temeiuri pentru concluzii științifice.
Informații teoretice despre structura materialelor
În procesul de studiere a disciplinei, studenții primesc cunoștințe teoretice despre structura internă a metalelor și aliajelor. La sfârșitul cursului, studenții ar trebui să fi dobândit următoarele abilități și abilități:
- despre structura cristalină internă a metalelor;
- despre anizotropie și izotropie. Ce cauzează aceste proprietăți și cum pot fi influențate;
- despre diverse defecte în structura metalelor și aliajelor;
- despre metodele de studiu a structurii interne a materialului.
Studii practice în disciplina științei materialelor
Departamentul de știința materialelor este disponibil în fiecare universitate tehnică. Pe parcursul unui anumit curs, studentul studiază următoarele metode și tehnologii:
Fundamentals of metalurgie - istorie și metode moderne de producere a aliajelor metalice. Producția de oțel și fier în furnalele moderne. Turnarea oțelului și a fontei, metode de îmbunătățire a calității produsuluiproducția metalurgică. Clasificarea și marcarea oțelului, caracteristicile sale tehnice și fizice. Topirea metalelor neferoase și aliajele acestora, producția de aluminiu, cupru, titan și alte metale neferoase. Echipament folosit
- Bazele științei materialelor includ studiul producției de turnătorie, starea ei actuală, scheme tehnologice generale pentru producerea pieselor turnate.
- Teoria deformării plastice, care este diferența dintre deformarea la rece și la cald, ce este călirea prin muncă, esența ștanțarii la cald, metodele de ștanțare la rece, gama de aplicare a materialelor de ștanțare.
- Forjare: esența acestui proces și principalele operațiuni. Ce sunt produsele de laminare și unde se utilizează, ce echipamente sunt necesare pentru laminare și tragere. Cum sunt obținute produsele finite folosind aceste tehnologii și unde sunt utilizate.
- Producția de sudare, caracteristicile sale generale și perspectivele de dezvoltare, clasificarea metodelor de sudare pentru diverse materiale. Procese fizico-chimice pentru obținerea sudurilor.
- Materiale compozite. Materiale plastice. Metode de obținere, caracteristici generale. Metode de lucru cu materiale compozite. Perspective de aplicare.
Dezvoltarea modernă a științei materialelor
Recent, știința materialelor a primit un impuls puternic spre dezvoltare. Nevoia de noi materiale i-a făcut pe oamenii de știință să se gândească la obținerea de metale pure și ultrapure, se lucrează pentru a creadiverse materii prime după caracteristici calculate iniţial. Tehnologia modernă a materialelor structurale sugerează utilizarea de noi substanțe în locul celor standard metalice. Se acordă mai multă atenție utilizării materialelor plastice, ceramicii, materialelor compozite care au parametri de rezistență compatibili cu produsele metalice, dar lipsite de dezavantajele acestora.
