La ciència i la tecnologia dels materials és una de les disciplines més importants per a gairebé tots els estudiants que estudien enginyeria mecànica. La creació de nous desenvolupaments que puguin competir en el mercat internacional és impossible d'imaginar i implementar sense un coneixement exhaustiu d'aquesta matèria.
Estudiar la gamma de diverses matèries primeres i les seves propietats és el curs de la ciència dels materials. Diverses propietats dels materials utilitzats predeterminan el rang de la seva aplicació en enginyeria. L'estructura interna d'un aliatge metàl·lic o compost afecta directament la qualitat del producte.
Funcions bàsiques
La ciència dels materials i la tecnologia dels materials estructurals destaca les quatre característiques més importants de qualsevol metall o aliatge. En primer lloc, són característiques físiques i mecàniques que permeten predir les qualitats operatives i tecnològiques d'un producte futur. La principal propietat mecànicaaquí hi ha la força: afecta directament la indestructibilitat del producte acabat sota la influència de les càrregues de treball. La doctrina de la destrucció i la força és un dels components més importants del curs bàsic "ciència i tecnologia dels materials". Aquesta ciència constitueix la base teòrica per trobar els aliatges estructurals i components adequats per a la fabricació de peces amb les característiques de resistència desitjades. Les característiques tecnològiques i operatives permeten predir el comportament del producte acabat sota càrregues de treball i extremes, calcular els límits de resistència i avaluar la durabilitat de tot el mecanisme.
Materials principals
Durant els darrers segles, el metall ha estat el principal material per crear màquines i mecanismes. Per tant, la disciplina "ciència dels materials" presta molta atenció a la ciència dels metalls: la ciència dels metalls i els seus aliatges. Els científics soviètics van fer una gran contribució al seu desenvolupament: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. i altres.
Objectius de ciència de materials
Els conceptes bàsics de la ciència dels materials han de ser estudiats pels futurs enginyers. Després de tot, l'objectiu principal d'incloure aquesta disciplina al pla d'estudis és ensenyar als estudiants d'enginyeria a triar el material correctament per als productes d'enginyeria per tal d'allargar la seva vida útil.
Aconseguir aquest objectiu ajudarà els futurs enginyers a resoldre els problemes següents:
- Avaluar correctament les propietats tècniques d'un material mitjançant l'anàlisi de les condicions de fabricacióproducte i la seva vida útil.
- Tenir idees científiques ben formades sobre les possibilitats reals de millorar qualsevol propietat d'un metall o aliatge canviant-ne l'estructura.
- Coneix totes les maneres d'endurir els materials que poden garantir la durabilitat i el rendiment d'eines i productes.
- Tenir coneixements actualitzats dels principals grups de materials utilitzats, les propietats d'aquests grups i l'abast.
Coneixements necessaris
L'assignatura "Ciència dels Materials i Tecnologia dels Materials Estructurals" està adreçada a aquells estudiants que ja entenguin i puguin explicar el significat de característiques com la tensió, la càrrega, la deformació plàstica i elàstica, l'estat d'agregació de la matèria, l'atomi- estructura cristal·lina dels metalls, tipus d'enllaços químics, propietats físiques bàsiques dels metalls. En el procés d'estudis, els alumnes reben una formació bàsica, que els serà útil per conquerir les disciplines de perfil. Els cursos més avançats cobreixen diversos processos i tecnologies de fabricació, en els quals la ciència i la tecnologia dels materials tenen un paper important.
Qui treballa?
El coneixement de les característiques de disseny i característiques tècniques dels metalls i aliatges serà útil per a un tecnòleg, enginyer o dissenyador que treballi en el camp de l'operació de màquines i mecanismes moderns. Els especialistes en el camp de la tecnologia de nous materials poden trobar el seu lloc de treball en enginyeria, automoció, aviació,indústria energètica i espacial. Recentment, hi ha escassetat d'especialistes diplomats en ciència i tecnologia de materials en la indústria de la defensa i en l'àmbit del desenvolupament de les comunicacions.
Desenvolupament de la ciència dels materials
Com a disciplina separada, la ciència dels materials és un exemple d'una ciència aplicada típica que explica la composició, l'estructura i les propietats de diversos metalls i els seus aliatges en diferents condicions.
La capacitat d'extreure metall i fer diversos aliatges va ser adquirida per una persona durant el període de descomposició del primitiu sistema comunal. Però com a ciència separada, la ciència dels materials i la tecnologia dels materials es van començar a estudiar fa una mica més de 200 anys. El començament del segle XVIII és el període de descobriments de l'enciclopedista francès Réaumur, que va ser el primer a intentar estudiar l'estructura interna dels metalls. Estudis similars van ser realitzats pel fabricant anglès Grignon, que l'any 1775 va escriure un breu informe sobre l'estructura columnar que va descobrir, que es forma durant la solidificació del ferro.
A l'Imperi Rus, els primers treballs científics en el camp de la metal·lúrgia van pertànyer a M. V. Lomonosov, que en el seu manual va intentar explicar breument l'essència de diversos processos metal·lúrgics.
La ciència dels metalls va fer un gran s alt endavant a principis del segle XIX, quan es van desenvolupar nous mètodes per estudiar diversos materials. El 1831, els treballs de P. P. Anosov van mostrar la possibilitat d'examinar metalls sota un microscopi. Després d'això, diversos científics de diversos països van demostrar científicamenttransformacions estructurals dels metalls durant el seu refredament continu.
Cen anys després, l'era dels microscopis òptics ha deixat d'existir. La tecnologia dels materials estructurals no podia fer nous descobriments utilitzant mètodes obsolets. L'òptica ha estat substituïda per l'electrònica. La ciència dels metalls va començar a recórrer a mètodes electrònics d'observació, en particular, la difracció de neutrons i la difracció d'electrons. Amb l'ajuda d'aquestes noves tecnologies, és possible augmentar les seccions de metalls i aliatges fins a 1000 vegades, la qual cosa significa que hi ha moltes més bases per a conclusions científiques.
Informació teòrica sobre l'estructura dels materials
En el procés d'estudi de la disciplina, els estudiants reben coneixements teòrics sobre l'estructura interna dels metalls i aliatges. Al final del curs, els estudiants haurien d'haver adquirit les habilitats i habilitats següents:
- sobre l'estructura cristal·lina interna dels metalls;
- sobre l'anisotropia i la isotropia. Què causa aquestes propietats i com es pot influir en elles;
- sobre diversos defectes en l'estructura de metalls i aliatges;
- sobre els mètodes d'estudi de l'estructura interna del material.
Estudis pràctics en la disciplina de la ciència dels materials
El Departament de Ciència de Materials està disponible a totes les universitats tècniques. Durant el curs d'un curs determinat, l'estudiant estudia els mètodes i tecnologies següents:
Fonaments de la metal·lúrgia: història i mètodes moderns de producció d'aliatges metàl·lics. Producció d'acer i ferro en moderns alts forns. Abocament d'acer i ferro colat, mètodes per millorar la qualitat del producteproducció metal·lúrgica. Classificació i marcatge de l'acer, les seves característiques tècniques i físiques. Fusió de metalls no fèrrics i els seus aliatges, producció d'alumini, coure, titani i altres metalls no fèrrics. Equip utilitzat
- Els conceptes bàsics de la ciència dels materials inclouen l'estudi de la producció de foneria, el seu estat actual, esquemes tecnològics generals per a la producció de peces de fosa.
- Teoria de la deformació plàstica, quina diferència hi ha entre la deformació en fred i en calent, què és l'enduriment per treball, l'essència de l'estampació en calent, els mètodes d'estampació en fred, la gamma d'aplicació dels materials d'estampació.
- Forja: l'essència d'aquest procés i les principals operacions. Què són els productes enrotllables i on s'utilitzen, quins equips es necessiten per a laminar i estirar. Com s'obtenen els productes acabats amb aquestes tecnologies i on s'utilitzen.
- Producció de soldadura, les seves característiques generals i perspectives de desenvolupament, classificació dels mètodes de soldadura per a diversos materials. Processos fisicoquímics per a l'obtenció de soldadures.
- Materials compostos. Plàstics. Mètodes d'obtenció, característiques generals. Mètodes de treball amb materials compostos. Perspectives d'aplicació.
Desenvolupament modern de la ciència dels materials
Recentment, la ciència dels materials ha rebut un poderós impuls per al desenvolupament. La necessitat de nous materials va fer pensar als científics en l'obtenció de metalls purs i ultrapurs, s'està treballant per creardiverses matèries primeres segons les característiques inicialment calculades. La tecnologia moderna dels materials estructurals suggereix l'ús de noves substàncies en lloc de les metàl·liques estàndard. Es presta més atenció a l'ús de plàstics, ceràmiques i materials compostos que tenen paràmetres de resistència compatibles amb els productes metàl·lics, però que no tenen els seus inconvenients.
