Nauka i technologia materiałowa to jedna z najważniejszych dyscyplin dla prawie wszystkich studentów studiujących inżynierię mechaniczną. Tworzenie nowych rozwiązań, które mogłyby konkurować na rynku międzynarodowym jest niemożliwe do wyobrażenia i wdrożenia bez gruntownej znajomości tego tematu.
Zbadanie zakresu różnych surowców i ich właściwości to kierunek materiałoznawstwa. Różnorodne właściwości użytych materiałów determinują zakres ich zastosowania w inżynierii. Wewnętrzna struktura stopu metalu lub kompozytu bezpośrednio wpływa na jakość produktu.
Podstawowe funkcje
Nauka o materiałach i technologia materiałów konstrukcyjnych podkreśla cztery najważniejsze cechy każdego metalu lub stopu. Przede wszystkim są to cechy fizyczne i mechaniczne, które pozwalają przewidzieć właściwości użytkowe i technologiczne przyszłego produktu. Główna właściwość mechanicznaoto siła - wpływa bezpośrednio na niezniszczalność gotowego produktu pod wpływem obciążeń roboczych. Doktryna destrukcji i wytrzymałości jest jednym z najważniejszych elementów kursu podstawowego „Nauka i technologia materiałowa”. Nauka ta tworzy teoretyczne podstawy do znalezienia odpowiednich stopów konstrukcyjnych i komponentów do produkcji części o pożądanej charakterystyce wytrzymałościowej. Cechy technologiczne i eksploatacyjne umożliwiają przewidywanie zachowania gotowego produktu pod obciążeniem roboczym i ekstremalnym, obliczanie granic wytrzymałości oraz ocenę trwałości całego mechanizmu.
Materiały główne
W ciągu ostatnich stuleci metal był głównym materiałem do tworzenia maszyn i mechanizmów. Dlatego dyscyplina „materiały naukowe” przywiązuje dużą wagę do metaloznawstwa – nauki o metalach i ich stopach. Wielki wkład w jego rozwój wnieśli radzieccy naukowcy: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. i inni.
Cele materiałoznawstwa
Podstawy materiałoznawstwa muszą być studiowane przez przyszłych inżynierów. W końcu głównym celem włączenia tej dyscypliny do programu nauczania jest nauczenie studentów inżynierii dokonywania właściwego wyboru materiału na produkty inżynieryjne w celu przedłużenia ich żywotności.
Osiągnięcie tego celu pomoże przyszłym inżynierom rozwiązać następujące problemy:
- Właściwie oceń właściwości techniczne materiału, analizując warunki produkcjiprodukt i jego okres użytkowania.
- Mieć dobrze sformułowane naukowe pomysły na temat rzeczywistych możliwości poprawy dowolnych właściwości metalu lub stopu poprzez zmianę jego struktury.
- Poznaj wszystkie sposoby utwardzania materiałów, które mogą zapewnić trwałość i wydajność narzędzi i produktów.
- Posiadać aktualną wiedzę na temat głównych grup użytych materiałów, właściwości tych grup oraz zakresu.
Niezbędna wiedza
Kurs „Nauka o materiałach i technologia materiałów konstrukcyjnych” jest przeznaczony dla tych studentów, którzy już rozumieją i potrafią wyjaśnić znaczenie takich cech, jak naprężenie, obciążenie, odkształcenie plastyczne i sprężyste, stan skupienia materii, struktura krystaliczna metali, rodzaje wiązań chemicznych, podstawowe właściwości fizyczne metali. W trakcie studiów studenci przechodzą podstawowe szkolenie, które przyda im się do opanowania dyscyplin profilowych. Bardziej zaawansowane kursy obejmują różne procesy produkcyjne i technologie, w których istotną rolę odgrywa materiałoznawstwo i technologia.
Kto pracuje?
Znajomość cech konstrukcyjnych i technicznych metali i stopów przyda się technologowi, inżynierowi lub projektantowi zajmującemu się eksploatacją nowoczesnych maszyn i mechanizmów. Specjaliści w dziedzinie technologii nowych materiałów mogą znaleźć swoje miejsce pracy w inżynierii, motoryzacji, lotnictwie,przemysł energetyczny i kosmiczny. W ostatnim czasie zabrakło specjalistów z dyplomem materiałoznawstwa i technologii w przemyśle obronnym oraz w zakresie rozwoju łączności.
Rozwój materiałoznawstwa
Jako odrębna dyscyplina materiałoznawstwo jest przykładem typowej nauki stosowanej, która wyjaśnia skład, strukturę i właściwości różnych metali i ich stopów w różnych warunkach.
Umiejętność wydobywania metalu i wytwarzania różnych stopów została nabyta przez człowieka w okresie rozkładu prymitywnego systemu komunalnego. Ale jako odrębna nauka, materiałoznawstwo i technologia materiałowa zaczęły być badane nieco ponad 200 lat temu. Początek XVIII wieku to okres odkryć francuskiego encyklopedysty Réaumura, który jako pierwszy podjął próbę zbadania wewnętrznej budowy metali. Podobne badania przeprowadził angielski wytwórca Grignon, który w 1775 r. napisał krótkie sprawozdanie na temat odkrytej przez siebie struktury kolumnowej, która powstaje podczas krzepnięcia żelaza.
W Imperium Rosyjskim pierwsze prace naukowe w dziedzinie metalurgii należały do M. V. Łomonosowa, który w swoim podręczniku próbował krótko wyjaśnić istotę różnych procesów metalurgicznych.
Nauka o metalach zrobiła duży krok naprzód na początku XIX wieku, kiedy opracowano nowe metody badania różnych materiałów. W 1831 r. prace P. P. Anosowa wykazały możliwość badania metali pod mikroskopem. Następnie kilku naukowców z wielu krajów udowodniło naukowoprzemiany strukturalne w metalach podczas ich ciągłego chłodzenia.
Sto lat później era mikroskopów optycznych przestała istnieć. Technologia materiałów konstrukcyjnych nie mogła dokonywać nowych odkryć przy użyciu przestarzałych metod. Optykę zastąpiła elektronika. Metaloznawstwo zaczęło uciekać się do elektronicznych metod obserwacji, w szczególności dyfrakcji neutronów i dyfrakcji elektronów. Za pomocą tych nowych technologii możliwe jest zwiększenie przekrojów metali i stopów nawet 1000 razy, co oznacza, że jest znacznie więcej podstaw do wniosków naukowych.
Informacje teoretyczne o strukturze materiałów
W trakcie studiowania tej dyscypliny studenci otrzymują teoretyczną wiedzę na temat budowy wewnętrznej metali i stopów. Pod koniec kursu studenci powinni posiadać następujące umiejętności i zdolności:
- o wewnętrznej strukturze krystalicznej metali;
- o anizotropii i izotropii. Co powoduje te właściwości i jak można na nie wpływać;
- o różnych wadach struktury metali i stopów;
- o metodach badania wewnętrznej struktury materiału.
Studia praktyczne w dyscyplinie materiałoznawstwo
Wydział Inżynierii Materiałowej jest dostępny na każdej uczelni technicznej. W trakcie danego kursu student poznaje następujące metody i technologie:
Podstawy metalurgii - historia i współczesne metody wytwarzania stopów metali. Produkcja stali i żelaza w nowoczesnych wielkich piecach. Wylewanie stali i żeliwa, metody poprawy jakości produktuprodukcja metalurgiczna. Klasyfikacja i oznakowanie stali, jej właściwości techniczne i fizyczne. Wytop metali kolorowych i ich stopów, produkcja aluminium, miedzi, tytanu i innych metali nieżelaznych. Użyty sprzęt
- Podstawy materiałoznawstwa obejmują badanie produkcji odlewniczej, jej stanu obecnego, ogólne schematy technologiczne wytwarzania odlewów.
- Teoria odkształceń plastycznych, czym różni się odkształcenie na zimno i na gorąco, co to jest hartowanie przez zgniot, istota hot-stampingu, metody cold-stampingu, zakres zastosowania materiałów do tłoczenia.
- Kucie: istota tego procesu i główne operacje. Czym są produkty walcowane i gdzie są używane, jaki sprzęt jest wymagany do walcowania i ciągnienia. W jaki sposób uzyskuje się gotowe produkty przy użyciu tych technologii i gdzie są one wykorzystywane.
- Produkcja spawalnicza, jej ogólna charakterystyka i perspektywy rozwoju, klasyfikacja metod spawania dla różnych materiałów. Fizykochemiczne procesy otrzymywania spoin.
- Materiały kompozytowe. Tworzywa sztuczne. Metody otrzymywania, ogólna charakterystyka. Metody pracy z materiałami kompozytowymi. Perspektywy aplikacji.
Nowoczesny rozwój materiałoznawstwa
Ostatnio materiałoznawstwo zyskało potężny bodziec do rozwoju. Zapotrzebowanie na nowe materiały sprawiło, że naukowcy zaczęli myśleć o uzyskaniu czystych i ultraczystych metali, trwają prace nad stworzeniemróżne surowce według wstępnie obliczonych cech. Nowoczesna technologia materiałów konstrukcyjnych sugeruje zastosowanie nowych substancji zamiast standardowych metalowych. Większą uwagę zwraca się na zastosowanie tworzyw sztucznych, ceramiki, materiałów kompozytowych, które posiadają parametry wytrzymałościowe zgodne z wyrobami metalowymi, ale pozbawione są ich wad.
