Materiaalitiede ja teknologia on yksi tärkeimmistä tieteenaloista lähes kaikille koneinsinööriä opiskeleville opiskelijoille. Kansainvälisillä markkinoilla kilpailevien uusien kehityssuuntien luominen on mahdotonta kuvitella ja toteuttaa ilman tämän aiheen perusteellista tuntemusta.
Erilaisten raaka-aineiden valikoiman ja niiden ominaisuuksien tutkiminen on materiaalitieteen kurssi. Käytettyjen materiaalien erilaiset ominaisuudet määräävät enn alta niiden käyttöalueen suunnittelussa. Metallin tai komposiittiseoksen sisäinen rakenne vaikuttaa suoraan tuotteen laatuun.
Perusominaisuudet
Materiaalitiede ja rakennemateriaaliteknologia korostaa minkä tahansa metallin tai metalliseoksen neljää tärkeintä ominaisuutta. Ensinnäkin nämä ovat fyysisiä ja mekaanisia ominaisuuksia, joiden avulla voidaan ennustaa tulevan tuotteen toiminnalliset ja tekniset ominaisuudet. Tärkein mekaaninen ominaisuustässä on vahvuus - se vaikuttaa suoraan valmiin tuotteen tuhoutumattomuuteen työkuormien vaikutuksesta. Tuhoamisen ja voiman oppi on yksi materiaalitieteen ja -tekniikan peruskurssin tärkeimmistä osista. Tämä tiede muodostaa teoreettisen perustan oikeiden rakenneseosten ja komponenttien löytämiselle osien valmistukseen, joilla on halutut lujuusominaisuudet. Teknisten ja toiminnallisten ominaisuuksien avulla on mahdollista ennustaa valmiin tuotteen käyttäytymistä työ- ja äärimmäisissä kuormituksissa, laskea lujuusrajat ja arvioida koko mekanismin kestävyyttä.
Päämateriaalit
Viime vuosisatojen aikana metalli on ollut tärkein materiaali koneiden ja mekanismien luomisessa. Siksi tieteenala "materiaalitiede" kiinnittää suurta huomiota metallitieteeseen - metallien ja niiden metalliseosten tieteeseen. Neuvostoliiton tiedemiehet: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. ja muut antoivat suuren panoksen sen kehittämiseen.
Materiaalitieteen tavoitteet
Tulevien insinöörien tulee opiskella materiaalitieteen perusteita. Loppujen lopuksi tämän tieteenalan sisällyttämisen opetussuunnitelmaan päätarkoitus on opettaa insinööriopiskelijoita valitsemaan oikeat materiaalit suunnitelluille tuotteille niiden käyttöiän pidentämiseksi.
Tämän tavoitteen saavuttaminen auttaa tulevia insinöörejä ratkaisemaan seuraavat ongelmat:
- Arvioi materiaalin tekniset ominaisuudet oikein analysoimalla valmistusolosuhteettuote ja sen käyttöikä.
- Olla hyvin muotoiltuja tieteellisiä ideoita todellisista mahdollisuuksista parantaa metallin tai lejeeringin ominaisuuksia muuttamalla sen rakennetta.
- Tiedä kaikki materiaalien kovetustavat, jotka voivat varmistaa työkalujen ja tuotteiden kestävyyden ja suorituskyvyn.
- Olla ajan tasalla käytetyistä materiaaliryhmistä, näiden ryhmien ominaisuuksista ja laajuudesta.
Tarvittavat tiedot
Kurssi "Rakennemateriaalien materiaalitiede ja teknologia" on tarkoitettu opiskelijoille, jotka jo ymmärtävät ja osaavat selittää sellaiset ominaisuudet kuin jännitys, kuormitus, plastinen ja kimmoinen muodonmuutos, aineen aggregaatiotila, atomi- metallien kiderakenne, kemiallisten sidostyypit, metallien fysikaaliset perusominaisuudet. Opiskeluprosessissa opiskelijat käyvät peruskoulutuksessa, joka on heille hyödyllinen profiilialojen valloittamisessa. Syventävät kurssit kattavat erilaisia valmistusprosesseja ja teknologioita, joissa materiaalitieteellä ja -tekniikalla on merkittävä rooli.
Kuka työskentelee?
Metallien ja metalliseosten suunnitteluominaisuuksien ja teknisten ominaisuuksien tuntemus on hyödyllinen teknikolle, insinöörille tai suunnittelijalle, joka työskentelee nykyaikaisten koneiden ja mekanismien käyttöalalla. Uuden materiaalitekniikan asiantuntijat voivat löytää työpaikkansa tekniikasta, autoteollisuudesta, ilmailusta,energia- ja avaruusteollisuus. Viime aikoina on ollut pulaa materiaalitieteen ja tekniikan tutkinnon suorittaneista asiantuntijoista puolustusteollisuuden ja viestinnän kehittämisen alalla.
Materiaalitieteen kehitys
Materiaalitiede on erillisenä tieteenalana esimerkki tyypillisestä soveltavasta tieteestä, joka selittää eri metallien ja niiden seosten koostumusta, rakennetta ja ominaisuuksia eri olosuhteissa.
Kyky uuttaa metallia ja valmistaa erilaisia seoksia henkilö sai alkukantaisen yhteisöllisen järjestelmän hajoamisen aikana. Mutta erillisenä tieteenä materiaalitieteitä ja materiaalitekniikkaa alettiin tutkia hieman yli 200 vuotta sitten. 1700-luvun alku on ranskalaisen tietosanakirjailijan Réaumurin löytöjen aikaa, joka yritti ensimmäisenä tutkia metallien sisäistä rakennetta. Samanlaisia tutkimuksia teki englantilainen valmistaja Grignon, joka kirjoitti vuonna 1775 lyhyen raportin löytämästään pylväsrakenteesta, joka muodostuu raudan jähmettymisen aikana.
Venäjän v altakunnassa ensimmäiset metallurgian alan tieteelliset työt kuuluivat M. V. Lomonosoville, joka käsikirjassaan yritti selittää lyhyesti erilaisten metallurgisten prosessien olemusta.
Metallitiede teki suuren harppauksen eteenpäin 1800-luvun alussa, jolloin kehitettiin uusia menetelmiä erilaisten materiaalien tutkimiseen. Vuonna 1831 P. P. Anosovin teokset osoittivat mahdollisuuden tutkia metalleja mikroskoopilla. Sen jälkeen useat tutkijat useista maista osoittivat tieteellisestimetallien rakenteelliset muutokset niiden jatkuvan jäähtymisen aikana.
Sata vuotta myöhemmin optisten mikroskooppien aikakausi on lakannut olemasta. Rakennemateriaaliteknologia ei kyennyt tekemään uusia löytöjä vanhentuneilla menetelmillä. Optiikka on korvattu elektroniikalla. Metallitiede alkoi turvautua elektronisiin havainnointimenetelmiin, erityisesti neutronidiffraktioon ja elektronidiffraktioon. Näiden uusien teknologioiden avulla on mahdollista kasvattaa metallien ja metalliseosten poikkileikkauksia jopa 1000-kertaiseksi, mikä tarkoittaa, että tieteellisille johtopäätöksille on paljon enemmän perusteita.
Teoreettista tietoa materiaalien rakenteesta
Aineen opiskeluprosessissa opiskelijat saavat teoreettista tietoa metallien ja metalliseosten sisäisestä rakenteesta. Kurssin päätyttyä opiskelijan tulee olla hankkinut seuraavat taidot ja kyvyt:
- metallien sisäisestä kiderakenteesta;
- anisotropiasta ja isotropiasta. Mikä aiheuttaa nämä ominaisuudet ja miten niihin voidaan vaikuttaa;
- erilaisista metallien ja metalliseosten rakenteen vioista;
- materiaalin sisäisen rakenteen tutkimismenetelmistä.
Käytännön opinnot materiaalitieteen alalla
Materiaalitieteen laitos on saatavilla jokaisessa teknisessä yliopistossa. Tietyn kurssin aikana opiskelija opiskelee seuraavia menetelmiä ja tekniikoita:
Metallurgian perusteet - historia ja nykyaikaiset metalliseosten valmistusmenetelmät. Teräksen ja raudan tuotanto nykyaikaisissa masuuneissa. Teräksen ja valuraudan valu, menetelmät tuotteiden laadun parantamiseksimetallurginen tuotanto. Teräksen luokitus ja merkintä, sen tekniset ja fyysiset ominaisuudet. Ei-rautametallien ja niiden seosten sulatus, alumiinin, kuparin, titaanin ja muiden ei-rautametallien valmistus. Käytetyt laitteet
- Materiaalitieteen perusteisiin kuuluvat valimotuotannon, sen nykytilan ja valukappaleiden valmistuksen yleisten teknisten järjestelmien tutkiminen.
- Plastisen muodonmuutoksen teoria, mitä eroa on kylmä- ja kuumamuodonmuutoksilla, mikä on työkarkaisu, kuumaleimauksen ydin, kylmäleimausmenetelmät, meistomateriaalien käyttöalue.
- Takominen: tämän prosessin ydin ja päätoiminnot. Mitä ovat valssatut tuotteet ja missä niitä käytetään, mitä laitteita rullaukseen ja piirtämiseen tarvitaan. Kuinka valmiit tuotteet saadaan näitä teknologioita käyttämällä ja missä niitä käytetään.
- Hitsaustuotanto, sen yleiset ominaisuudet ja kehitysnäkymät, eri materiaalien hitsausmenetelmien luokittelu. Fysikaalis-kemialliset prosessit hitsien saamiseksi.
- Komposiittimateriaalit. Muovit. Hankintamenetelmät, yleiset ominaisuudet. Työstömenetelmät komposiittimateriaalien kanssa. Hakemusmahdollisuudet.
Materiaalitieteen nykyaikainen kehitys
Materiaalitiede on viime aikoina saanut voimakkaan sysäyksen kehitykseen. Uusien materiaalien tarve sai tutkijat ajattelemaan puhtaiden ja ultrapuhtaiden metallien saamista, luominen on käynnissäerilaisia raaka-aineita alun perin laskettujen ominaisuuksien mukaan. Nykyaikainen rakennemateriaaliteknologia ehdottaa uusien aineiden käyttöä standardimetallien sijaan. Enemmän huomiota kiinnitetään sellaisten muovien, keramiikan ja komposiittimateriaalien käyttöön, joiden lujuusparametrit ovat yhteensopivia metallituotteiden kanssa, mutta joissa ei ole haittoja.