Materjaliteadus ja -tehnoloogia on peaaegu kõigi masinaehitust õppivate üliõpilaste jaoks üks olulisemaid erialasid. Rahvusvahelisel turul konkureerivate uute arenduste loomist on võimatu ette kujutada ja ellu viia ilma selle teema põhjaliku tundmiseta.
Erinevate toorainete valiku ja nende omaduste uurimine on materjaliteaduse kursus. Kasutatavate materjalide erinevad omadused määravad ette nende kasutusala inseneritöös. Metalli või komposiitsulami sisemine struktuur mõjutab otseselt toote kvaliteeti.
Põhifunktsioonid
Materjaliteadus ja konstruktsioonimaterjalide tehnoloogia tõstavad esile mis tahes metalli või sulami neli kõige olulisemat omadust. Esiteks on need füüsikalised ja mehaanilised omadused, mis võimaldavad ennustada tulevase toote töö- ja tehnoloogilisi omadusi. Peamine mehaaniline omadussiin on tugevus - see mõjutab otseselt valmistoote hävimatust töökoormuste mõjul. Hävitamise ja tugevuse õpetus on põhikursuse "materjaliteadus ja tehnoloogia" üks olulisemaid komponente. See teadus loob teoreetilise aluse õigete konstruktsioonisulamite ja komponentide leidmiseks soovitud tugevusomadustega detailide valmistamiseks. Tehnoloogilised ja tööomadused võimaldavad ennustada valmistoote käitumist töö- ja äärmuslike koormuste korral, arvutada tugevuspiire ja hinnata kogu mehhanismi vastupidavust.
Peamised materjalid
Viimastel sajanditel on metall olnud peamine materjal masinate ja mehhanismide loomisel. Seetõttu pöörab distsipliin “materjaliteadus” suurt tähelepanu metalliteadusele – metallide ja nende sulamite teadusele. Suure panuse selle arendamisse andsid Nõukogude teadlased: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Tšernov D. K. jt.
Materjaliteaduse eesmärgid
Materjaliteaduse aluseid peavad tulevased insenerid õppima. Lõppude lõpuks on selle distsipliini õppekavasse lisamise põhieesmärk õpetada inseneritudengeid valima insenertoodete jaoks õiget materjali, et pikendada nende kasutusiga.
Selle eesmärgi saavutamine aitab tulevastel inseneridel lahendada järgmised probleemid:
- Hinda õigesti materjali tehnilisi omadusi, analüüsides tootmistingimusitoode ja selle kasutusiga.
- Et omada hästi kujundatud teaduslikke ideid tegelike võimaluste kohta parandada metalli või sulami omadusi selle struktuuri muutmise kaudu.
- Tead kõiki materjalide karastamise viise, mis võivad tagada tööriistade ja toodete vastupidavuse ja jõudluse.
- Oma ajakohaseid teadmisi kasutatud materjalide peamiste rühmade, nende rühmade omaduste ja ulatuse kohta.
Vajalikud teadmised
Õppeaine "Materjaliteadus ja ehitusmaterjalide tehnoloogia" on mõeldud neile õpilastele, kes juba mõistavad ja oskavad selgitada selliste tunnuste tähendust nagu pinge, koormus, plastiline ja elastne deformatsioon, aine agregatsiooni olek, aatomi- metallide kristallstruktuur, keemiliste sidemete liigid, metallide füüsikalised põhiomadused. Õppimise käigus läbivad õpilased põhikoolituse, mis on neile kasulik profiilidistsipliinide vallutamiseks. Edasijõudnumad kursused hõlmavad erinevaid tootmisprotsesse ja tehnoloogiaid, milles materjaliteadusel ja -tehnoloogial on oluline roll.
Kes töötavad?
Teadmised metallide ja sulamite konstruktsiooniomaduste ja tehniliste omaduste kohta tulevad kasuks tehnoloogile, insenerile või disainerile, kes töötab kaasaegsete masinate ja mehhanismide töövaldkonnas. Uue materjalitehnoloogia valdkonna spetsialistid leiavad oma töökoha inseneri-, auto-, lennunduse,energia- ja kosmosetööstus. Viimasel ajal on tekkinud puudus materjaliteaduse ja -tehnoloogia diplomiga spetsialistidest kaitsetööstuses ning sidearenduse valdkonnas.
Materjaliteaduse areng
Materiaaliteadus on eraldi teadusharuna näide tüüpilisest rakendusteadusest, mis selgitab erinevate metallide ja nende sulamite koostist, struktuuri ja omadusi erinevates tingimustes.
Metalli ekstraheerimise ja erinevate sulamite valmistamise oskuse omandas inimene algelise kommunaalsüsteemi lagunemise perioodil. Kuid omaette teadusena hakati materjaliteadust ja materjalitehnoloogiat uurima veidi üle 200 aasta tagasi. 18. sajandi algus on prantsuse entsüklopedisti Réaumuri avastuste periood, kes esimesena proovis uurida metallide sisemist ehitust. Sarnased uuringud viis läbi Inglise tootja Grignon, kes kirjutas 1775. aastal lühikese ettekande enda avastatud sammasstruktuuri kohta, mis tekib raua tahkumisel.
Vene impeeriumis kuulusid esimesed teadustööd metallurgia vallas M. V. Lomonosovile, kes püüdis oma käsiraamatus lühid alt selgitada erinevate metallurgiaprotsesside olemust.
Metalliteadus tegi suure arenguhüppe 19. sajandi alguses, kui töötati välja uued meetodid erinevate materjalide uurimiseks. 1831. aastal näitasid P. P. Anosovi tööd metallide mikroskoobi all uurimise võimalust. Pärast seda tõestasid mitmed teadlased mitmest riigist teaduslikultstruktuurimuutused metallides nende pideva jahutamise ajal.
Sada aastat hiljem on optiliste mikroskoopide ajastu lakanud olemast. Konstruktsioonimaterjalide tehnoloogia ei suutnud teha uusi avastusi, kasutades aegunud meetodeid. Optika on asendunud elektroonikaga. Metalliteadus hakkas kasutama elektroonilisi vaatlusmeetodeid, eriti neutronite difraktsiooni ja elektronide difraktsiooni. Nende uute tehnoloogiate abil on võimalik suurendada metallide ja sulamite lõike kuni 1000 korda, mis tähendab, et teaduslikeks järeldusteks on palju rohkem alust.
Teoreetiline teave materjalide struktuuri kohta
Distsipliini õppimise käigus saavad õpilased teoreetilised teadmised metallide ja sulamite sisestruktuuri kohta. Kursuse lõpus peaksid õpilased olema omandanud järgmised oskused ja võimed:
- metallide sisemise kristallstruktuuri kohta;
- anisotroopia ja isotroopia kohta. Mis neid omadusi põhjustab ja kuidas neid saab mõjutada;
- metallide ja sulamite struktuuri erinevate defektide kohta;
- materjali sisestruktuuri uurimise meetodite kohta.
Praktilised õpingud materjaliteaduse distsipliinis
Materjaliteaduse osakond on olemas igas tehnikaülikoolis. Antud kursuse käigus õpib üliõpilane järgmisi meetodeid ja tehnoloogiaid:
Metallurgia põhialused – metallisulamite valmistamise ajalugu ja kaasaegsed meetodid. Terase ja raua tootmine kaasaegsetes kõrgahjudes. Terase ja malmi valamine, meetodid toodete kvaliteedi parandamiseksmetallurgia tootmine. Terase klassifitseerimine ja märgistamine, selle tehnilised ja füüsikalised omadused. Värviliste metallide ja nende sulamite sulatamine, alumiiniumi, vase, titaani ja muude värviliste metallide tootmine. Kasutatud varustus
- Materjaliteaduse alused hõlmavad valukoja tootmise, selle hetkeseisu ja valandite tootmise üldisi tehnoloogilisi skeeme.
- Plastse deformatsiooni teooria, mis vahe on külm- ja kuumdeformatsioonil, mis on töökarastamine, kuumstantsimise olemus, külmstantsimise meetodid, stantsimismaterjalide kasutusala.
- Sepistamine: selle protsessi olemus ja peamised toimingud. Mis on rullimistooted ja kus seda kasutatakse, milliseid seadmeid on vaja rullimiseks ja joonistamiseks. Kuidas neid tehnoloogiaid kasutades valmistooteid saadakse ja kus neid kasutatakse.
- Keevitustootmine, selle üldised omadused ja arenguperspektiivid, erinevate materjalide keevitusmeetodite klassifikatsioon. Füüsikalis-keemilised protsessid keevisõmbluste saamiseks.
- Komposiitmaterjalid. Plastid. Saamismeetodid, üldised omadused. Komposiitmaterjalidega töötamise meetodid. Taotluse väljavaated.
Materjaliteaduse kaasaegne areng
Viimasel ajal on materjaliteadus saanud võimsa tõuke arengule. Vajadus uute materjalide järele pani teadlasi mõtlema puhaste ja ülipuhaste metallide saamisele, töö selle nimel käiberinevad toorained vastav alt algselt arvutatud omadustele. Kaasaegne konstruktsioonimaterjalide tehnoloogia soovitab standardsete metallide asemel kasutada uusi aineid. Rohkem tähelepanu pööratakse selliste plastide, keraamika ja komposiitmaterjalide kasutamisele, mille tugevusparameetrid ühilduvad metalltoodetega, kuid millel puuduvad nende puudused.
