Η Επιστήμη και η Τεχνολογία Υλικών είναι ένας από τους πιο σημαντικούς κλάδους για όλους σχεδόν τους φοιτητές που σπουδάζουν μηχανολόγος μηχανικός. Η δημιουργία νέων εξελίξεων που θα μπορούσαν να ανταγωνιστούν στη διεθνή αγορά είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς και να εφαρμόσει χωρίς ενδελεχή γνώση αυτού του θέματος.
Η μελέτη του φάσματος των διαφόρων πρώτων υλών και των ιδιοτήτων τους είναι το μάθημα της επιστήμης των υλικών. Οι διάφορες ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιούνται προκαθορίζουν το εύρος της εφαρμογής τους στη μηχανική. Η εσωτερική δομή ενός μετάλλου ή ενός σύνθετου κράματος επηρεάζει άμεσα την ποιότητα του προϊόντος.
Βασικά χαρακτηριστικά
Η Επιστήμη των Υλικών και η Τεχνολογία Δομικών Υλικών υπογραμμίζουν τα τέσσερα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά οποιουδήποτε μετάλλου ή κράματος. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά που καθιστούν δυνατή την πρόβλεψη των λειτουργικών και τεχνολογικών ιδιοτήτων ενός μελλοντικού προϊόντος. Η κύρια μηχανική ιδιότηταεδώ είναι η δύναμη - επηρεάζει άμεσα την άφθαρτη ικανότητα του τελικού προϊόντος υπό την επίδραση των φορτίων εργασίας. Το δόγμα της καταστροφής και της δύναμης είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του βασικού μαθήματος «επιστήμη και τεχνολογία υλικών». Αυτή η επιστήμη αποτελεί τη θεωρητική βάση για την εύρεση των κατάλληλων δομικών κραμάτων και εξαρτημάτων για την κατασκευή εξαρτημάτων με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά αντοχής. Τα τεχνολογικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά καθιστούν δυνατή την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του τελικού προϊόντος κάτω από εργασιακά και ακραία φορτία, τον υπολογισμό των ορίων αντοχής και την αξιολόγηση της ανθεκτικότητας ολόκληρου του μηχανισμού.
Κύρια Υλικά
Τους τελευταίους αιώνες, το μέταλλο ήταν το κύριο υλικό για τη δημιουργία μηχανών και μηχανισμών. Επομένως, ο κλάδος "επιστήμη υλικών" δίνει μεγάλη προσοχή στην επιστήμη των μετάλλων - την επιστήμη των μετάλλων και των κραμάτων τους. Μεγάλη συνεισφορά στην ανάπτυξή του είχαν οι Σοβιετικοί επιστήμονες: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. και άλλοι.
Στόχοι Επιστήμης Υλικών
Τα βασικά στοιχεία της επιστήμης των υλικών απαιτείται να μελετηθούν από μελλοντικούς μηχανικούς. Σε τελική ανάλυση, ο κύριος σκοπός της συμπερίληψης αυτής της πειθαρχίας στο πρόγραμμα σπουδών είναι να διδάξει τους φοιτητές μηχανικών να κάνουν τη σωστή επιλογή υλικού για προϊόντα μηχανικής προκειμένου να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους.
Η επίτευξη αυτού του στόχου θα βοηθήσει τους μελλοντικούς μηχανικούς να λύσουν τα ακόλουθα προβλήματα:
- Αξιολογήστε σωστά τις τεχνικές ιδιότητες ενός υλικού αναλύοντας τις συνθήκες κατασκευήςτο προϊόν και η ωφέλιμη ζωή του.
- Να έχετε καλά διαμορφωμένες επιστημονικές ιδέες σχετικά με τις πραγματικές δυνατότητες βελτίωσης οποιωνδήποτε ιδιοτήτων ενός μετάλλου ή κράματος αλλάζοντας τη δομή του.
- Γνωρίστε όλους τους τρόπους σκληρύνσεως των υλικών που μπορούν να εξασφαλίσουν την ανθεκτικότητα και την απόδοση των εργαλείων και των προϊόντων.
- Έχετε ενημερωμένη γνώση για τις κύριες ομάδες υλικών που χρησιμοποιούνται, τις ιδιότητες αυτών των ομάδων και το εύρος.
Απαραίτητες γνώσεις
Το μάθημα "Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών των Δομικών Υλικών" απευθύνεται σε φοιτητές που ήδη κατανοούν και μπορούν να εξηγήσουν τη σημασία χαρακτηριστικών όπως η τάση, το φορτίο, η πλαστική και ελαστική παραμόρφωση, η κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης, η ατομική κρυσταλλική δομή μετάλλων, είδη χημικών δεσμών, βασικές φυσικές ιδιότητες μετάλλων. Κατά τη διαδικασία της φοίτησης, οι μαθητές υποβάλλονται σε βασική εκπαίδευση, η οποία θα τους είναι χρήσιμη για να κατακτήσουν τους κλάδους του προφίλ. Πιο προχωρημένα μαθήματα καλύπτουν διάφορες διαδικασίες και τεχνολογίες παραγωγής, στις οποίες η επιστήμη και η τεχνολογία των υλικών διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο.
Ποιοι δουλεύουν;
Η γνώση των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών και των τεχνικών χαρακτηριστικών των μετάλλων και των κραμάτων θα είναι χρήσιμη σε έναν τεχνολόγο, μηχανικό ή σχεδιαστή που εργάζεται στον τομέα λειτουργίας σύγχρονων μηχανών και μηχανισμών. Οι ειδικοί στον τομέα της τεχνολογίας νέων υλικών μπορούν να βρουν τον τόπο εργασίας τους στη μηχανική, την αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροπορία,βιομηχανία ενέργειας και διαστήματος. Πρόσφατα, υπήρξε έλλειψη ειδικών με δίπλωμα στην επιστήμη και τεχνολογία των υλικών στην αμυντική βιομηχανία και στον τομέα της ανάπτυξης των επικοινωνιών.
Ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών
Ως ξεχωριστή επιστήμη, η επιστήμη των υλικών είναι ένα παράδειγμα τυπικής εφαρμοσμένης επιστήμης που εξηγεί τη σύνθεση, τη δομή και τις ιδιότητες διαφόρων μετάλλων και των κραμάτων τους υπό διαφορετικές συνθήκες.
Η ικανότητα εξαγωγής μετάλλων και κατασκευής διαφόρων κραμάτων αποκτήθηκε από ένα άτομο κατά την περίοδο αποσύνθεσης του πρωτόγονου κοινοτικού συστήματος. Αλλά ως ξεχωριστή επιστήμη, η επιστήμη των υλικών και η τεχνολογία υλικών άρχισαν να μελετώνται λίγο περισσότερο από 200 χρόνια πριν. Οι αρχές του 18ου αιώνα είναι η περίοδος των ανακαλύψεων του Γάλλου εγκυκλοπαιδιστή Réaumur, ο οποίος ήταν ο πρώτος που προσπάθησε να μελετήσει την εσωτερική δομή των μετάλλων. Παρόμοιες μελέτες διεξήχθησαν από τον Άγγλο κατασκευαστή Grignon, ο οποίος το 1775 έγραψε μια σύντομη αναφορά σχετικά με τη στήλη που ανακάλυψε, η οποία σχηματίζεται κατά τη στερεοποίηση του σιδήρου.
Στη Ρωσική Αυτοκρατορία, οι πρώτες επιστημονικές εργασίες στον τομέα της μεταλλουργίας ανήκαν στον M. V. Lomonosov, ο οποίος στο εγχειρίδιό του προσπάθησε να εξηγήσει εν συντομία την ουσία διαφόρων μεταλλουργικών διεργασιών.
Η επιστήμη των μετάλλων έκανε ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός στις αρχές του 19ου αιώνα, όταν αναπτύχθηκαν νέες μέθοδοι για τη μελέτη διαφόρων υλικών. Το 1831, τα έργα του P. P. Anosov έδειξαν τη δυνατότητα εξέτασης μετάλλων κάτω από μικροσκόπιο. Μετά από αυτό, αρκετοί επιστήμονες από διάφορες χώρες απέδειξαν επιστημονικάδομικοί μετασχηματισμοί σε μέταλλα κατά τη συνεχή ψύξη τους.
Εκατό χρόνια αργότερα, η εποχή των οπτικών μικροσκοπίων έπαψε να υπάρχει. Η τεχνολογία των δομικών υλικών δεν μπορούσε να κάνει νέες ανακαλύψεις χρησιμοποιώντας απαρχαιωμένες μεθόδους. Τα οπτικά έχουν αντικατασταθεί από τα ηλεκτρονικά. Η επιστήμη των μετάλλων άρχισε να καταφεύγει σε ηλεκτρονικές μεθόδους παρατήρησης, ειδικότερα, περίθλαση νετρονίων και περίθλαση ηλεκτρονίων. Με τη βοήθεια αυτών των νέων τεχνολογιών, είναι δυνατό να αυξηθούν οι τομές των μετάλλων και των κραμάτων έως και 1000 φορές, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν πολύ περισσότεροι λόγοι για επιστημονικά συμπεράσματα.
Θεωρητικές πληροφορίες για τη δομή των υλικών
Στη διαδικασία της μελέτης του κλάδου, οι μαθητές λαμβάνουν θεωρητικές γνώσεις σχετικά με την εσωτερική δομή των μετάλλων και των κραμάτων. Στο τέλος του μαθήματος, οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν αποκτήσει τις ακόλουθες δεξιότητες και ικανότητες:
- σχετικά με την εσωτερική κρυσταλλική δομή των μετάλλων;
- σχετικά με την ανισοτροπία και την ισοτροπία. Τι προκαλεί αυτές τις ιδιότητες και πώς μπορούν να επηρεαστούν;
- σχετικά με διάφορα ελαττώματα στη δομή των μετάλλων και των κραμάτων;
- σχετικά με τις μεθόδους μελέτης της εσωτερικής δομής του υλικού.
Πρακτικές σπουδές στον κλάδο της επιστήμης των υλικών
Τμήμα επιστήμης υλικών είναι διαθέσιμο σε κάθε τεχνικό πανεπιστήμιο. Κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου μαθήματος, ο φοιτητής μελετά τις ακόλουθες μεθόδους και τεχνολογίες:
Βασικές αρχές της μεταλλουργίας - ιστορία και σύγχρονες μέθοδοι παραγωγής μεταλλικών κραμάτων. Παραγωγή χάλυβα και σιδήρου σε σύγχρονες υψικάμινους. Έκχυση χάλυβα και χυτοσιδήρου, μέθοδοι για τη βελτίωση της ποιότητας του προϊόντοςμεταλλουργική παραγωγή. Ταξινόμηση και σήμανση του χάλυβα, τα τεχνικά και φυσικά χαρακτηριστικά του. Τήξη μη σιδηρούχων μετάλλων και κραμάτων τους, παραγωγή αλουμινίου, χαλκού, τιτανίου και άλλων μη σιδηρούχων μετάλλων. Εξοπλισμός που χρησιμοποιείται
- Τα βασικά στοιχεία της επιστήμης των υλικών περιλαμβάνουν τη μελέτη της παραγωγής χυτηρίου, την τρέχουσα κατάστασή της, τα γενικά τεχνολογικά σχήματα για την παραγωγή χυτών.
- Θεωρία πλαστικής παραμόρφωσης, ποια είναι η διαφορά μεταξύ ψυχρής και θερμής παραμόρφωσης, τι είναι η σκλήρυνση εργασίας, η ουσία της θερμής σφράγισης, μέθοδοι ψυχρής σφράγισης, το εύρος εφαρμογής των υλικών σφράγισης.
- Σφυρηλάτηση: η ουσία αυτής της διαδικασίας και οι κύριες λειτουργίες. Τι είναι τα προϊόντα έλασης και πού χρησιμοποιείται, ποιος εξοπλισμός απαιτείται για την έλαση και το σχέδιο. Πώς λαμβάνονται τα τελικά προϊόντα χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνολογίες και πού χρησιμοποιούνται.
- Παραγωγή συγκόλλησης, γενικά χαρακτηριστικά και προοπτικές ανάπτυξής της, ταξινόμηση μεθόδων συγκόλλησης για διάφορα υλικά. Φυσικοχημικές διεργασίες για τη λήψη συγκολλήσεων.
- Σύνθετα υλικά. Πλαστικά είδη. Μέθοδοι λήψης, γενικά χαρακτηριστικά. Μέθοδοι εργασίας με σύνθετα υλικά. Προοπτικές εφαρμογής.
Σύγχρονη ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών
Πρόσφατα, η επιστήμη των υλικών έχει λάβει μια ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη. Η ανάγκη για νέα υλικά έκανε τους επιστήμονες να σκεφτούν την απόκτηση καθαρών και υπερκαθαρών μετάλλων, η εργασία βρίσκεται σε εξέλιξη για τη δημιουργίαδιάφορες πρώτες ύλες σύμφωνα με τα αρχικά υπολογισμένα χαρακτηριστικά. Η σύγχρονη τεχνολογία δομικών υλικών προτείνει τη χρήση νέων ουσιών αντί των τυπικών μεταλλικών ουσιών. Περισσότερη προσοχή δίνεται στη χρήση πλαστικών, κεραμικών, σύνθετων υλικών που έχουν παραμέτρους αντοχής που είναι συμβατές με μεταλλικά προϊόντα, αλλά στερούνται τα μειονεκτήματά τους.
