علوم و فناوری مواد یکی از مهم ترین رشته ها برای تقریباً همه دانشجویانی است که در رشته مهندسی مکانیک تحصیل می کنند. ایجاد تحولات جدید قابل رقابت در بازارهای بین المللی بدون آگاهی کامل از این موضوع غیرممکن است.
مطالعه طیف مواد اولیه مختلف و خواص آنها درس علم مواد است. خواص مختلف مواد مورد استفاده محدوده کاربرد آنها را در مهندسی از پیش تعیین می کند. ساختار داخلی یک فلز یا آلیاژ کامپوزیت مستقیماً بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد.
ویژگی های اساسی
علم مواد و فناوری مواد ساختاری چهار ویژگی مهم هر فلز یا آلیاژ را برجسته می کند. اول از همه، اینها ویژگی های فیزیکی و مکانیکی هستند که امکان پیش بینی کیفیت عملیاتی و تکنولوژیکی یک محصول آینده را فراهم می کنند. خاصیت مکانیکی اصلیدر اینجا قدرت است - این به طور مستقیم بر تخریب ناپذیری محصول نهایی تحت تأثیر بارهای کار تأثیر می گذارد. دکترین تخریب و قدرت یکی از مهمترین مؤلفه های درس پایه «علوم و فناوری مواد» است. این علم مبنای نظری را برای یافتن آلیاژها و اجزای ساختاری مناسب برای ساخت قطعات با ویژگی‌های مقاومتی مطلوب تشکیل می‌دهد. ویژگی‌های فنی و عملیاتی پیش‌بینی رفتار محصول نهایی تحت بارهای کاری و شدید، محاسبه محدودیت‌های مقاومت و ارزیابی دوام کل مکانیسم را ممکن می‌سازد.
مواد اصلی
در طول قرن های گذشته، فلز ماده اصلی برای ایجاد ماشین آلات و مکانیزم ها بوده است. بنابراین، رشته "علوم مواد" توجه زیادی به علم فلز - علم فلزات و آلیاژهای آنها دارد. سهم بزرگی در توسعه آن توسط دانشمندان شوروی انجام شد: Anosov P. P.، Kurnakov N. S.، Chernov D. K. و دیگران.
اهداف علم مواد
مبانی علم مواد باید توسط مهندسان آینده مطالعه شود. به هر حال، هدف اصلی از گنجاندن این رشته در برنامه درسی این است که به دانشجویان مهندسی بیاموزیم تا انتخاب درستی از مواد برای محصولات مهندسی شده داشته باشند تا عمر مفید آنها افزایش یابد.
دستیابی به این هدف به مهندسان آینده کمک می کند تا مشکلات زیر را حل کنند:
- ارزیابی صحیح خواص فنی یک ماده با تجزیه و تحلیل شرایط ساختمحصول و عمر مفید آن.
- داشتن ایده های علمی خوب در مورد احتمالات واقعی بهبود خواص یک فلز یا آلیاژ با تغییر ساختار آن.
- درباره همه راه‌های سخت شدن مواد که می‌تواند دوام و عملکرد ابزارها و محصولات را تضمین کند، بدانید.
- دانش به روز در مورد گروه های اصلی مواد مورد استفاده، خواص این گروه ها و دامنه آن.
دانش لازم
درس "علوم مواد و فناوری مواد سازه" برای آن دسته از دانشجویانی در نظر گرفته شده است که قبلاً معنای ویژگی هایی مانند تنش، بار، تغییر شکل پلاستیک و الاستیک، حالت تجمع ماده، اتمی را درک کرده و می توانند توضیح دهند. ساختار بلوری فلزات، انواع پیوندهای شیمیایی، خواص فیزیکی اساسی فلزات. در فرآیند تحصیل، دانش آموزان تحت آموزش های اولیه قرار می گیرند که برای فتح رشته های پروفایل برای آنها مفید خواهد بود. دوره‌های پیشرفته‌تر فرآیندها و فناوری‌های مختلف تولید را پوشش می‌دهند که علم و فناوری مواد نقش مهمی در آن ایفا می‌کنند.
چه کسی کار می کند؟
آگاهی از ویژگی‌های طراحی و ویژگی‌های فنی فلزات و آلیاژها برای یک فن‌شناس، مهندس یا طراح شاغل در زمینه عملکرد ماشین‌ها و مکانیزم‌های مدرن مفید خواهد بود. متخصصان در زمینه فناوری مواد جدید می توانند محل کار خود را در مهندسی، خودروسازی، هوانوردی،صنعت انرژی و فضایی اخیراً در صنایع دفاعی و توسعه ارتباطات متخصص با مدرک دیپلم علم و فناوری مواد با کمبود مواجه شده است.
توسعه علم مواد
به عنوان یک رشته جداگانه، علم مواد نمونه ای از یک علم کاربردی معمولی است که ترکیب، ساختار و خواص فلزات مختلف و آلیاژهای آنها را در شرایط مختلف توضیح می دهد.
توانایی استخراج فلز و ساخت آلیاژهای مختلف توسط شخصی در طول دوره تجزیه سیستم اشتراکی اولیه به دست آمد. اما به عنوان یک علم جداگانه، علم مواد و فناوری مواد کمی بیش از 200 سال پیش مورد مطالعه قرار گرفتند. آغاز قرن هجدهم دوره اکتشافات دایره المعارف فرانسوی رئومور است که اولین کسی بود که سعی کرد ساختار داخلی فلزات را مطالعه کند. مطالعات مشابهی توسط سازنده انگلیسی Grignon انجام شد، که در سال 1775 گزارش کوتاهی در مورد ساختار ستونی کشف کرد، که در طول انجماد آهن ایجاد می شود، نوشت.
در امپراتوری روسیه، اولین آثار علمی در زمینه متالورژی متعلق به M. V. Lomonosov بود که در کتابچه راهنمای خود سعی کرد به طور خلاصه ماهیت فرآیندهای متالورژی مختلف را توضیح دهد.
علوم فلزات در آغاز قرن نوزدهم، زمانی که روش های جدیدی برای مطالعه مواد مختلف توسعه یافت، جهشی بزرگ به جلو داشت. در سال 1831، آثار P. P. Anosov امکان بررسی فلزات را در زیر میکروسکوپ نشان داد. پس از آن، چندین دانشمند از تعدادی از کشورها به طور علمی ثابت کردنددگرگونی های ساختاری در فلزات در طی سرد شدن مداوم آنها.
صد سال بعد، دوران میکروسکوپ های نوری دیگر وجود ندارد. فناوری مواد ساختاری نمی تواند با استفاده از روش های قدیمی اکتشافات جدیدی انجام دهد. اپتیک با الکترونیک جایگزین شده است. علم فلزات شروع به متوسل شدن به روش های الکترونیکی مشاهده، به ویژه، پراش نوترون و پراش الکترون کرد. با کمک این فناوری‌های جدید، می‌توان برش‌های فلزات و آلیاژها را تا 1000 برابر افزایش داد، به این معنی که زمینه‌های بسیار بیشتری برای نتیجه‌گیری علمی وجود دارد.
اطلاعات نظری درباره ساختار مواد
در فرآیند مطالعه این رشته، دانش آموزان دانش نظری در مورد ساختار داخلی فلزات و آلیاژها دریافت می کنند. در پایان دوره، دانش آموزان باید مهارت ها و توانایی های زیر را کسب کرده باشند:
- درباره ساختار کریستالی داخلی فلزات؛
- درباره ناهمسانگردی و همسانگردی. چه چیزی باعث این ویژگی ها می شود و چگونه می توان آنها را تحت تأثیر قرار داد؛
- درباره عیوب مختلف در ساختار فلزات و آلیاژها؛
- درباره روشهای مطالعه ساختار داخلی مواد.
مطالعات عملی در رشته علم مواد
گروه علم مواد در هر دانشگاه فنی موجود است. در طول یک دوره معین، دانشجو روش ها و فناوری های زیر را مطالعه می کند:
مبانی متالورژی - تاریخچه و روشهای نوین تولید آلیاژهای فلزی. تولید فولاد و آهن در کوره بلندهای مدرن. ریختن فولاد و چدن، روش های بهبود کیفیت محصولتولید متالورژی طبقه بندی و علامت گذاری فولاد، مشخصات فنی و فیزیکی آن. ذوب فلزات غیرآهنی و آلیاژهای آنها، تولید آلومینیوم، مس، تیتانیوم و سایر فلزات غیرآهنی. تجهیزات استفاده شده
- مبانی علم مواد شامل مطالعه تولید ریخته گری، وضعیت فعلی آن، طرح های فنی کلی برای تولید ریخته گری است.
- تئوری تغییر شکل پلاستیک، تفاوت بین تغییر شکل سرد و گرم چیست، سخت شدن کار چیست، ماهیت مهر زنی گرم، روش های مهر زنی سرد، دامنه کاربرد مواد مهر زنی.
- آهنگری: ماهیت این فرآیند و عملیات اصلی. محصولات نورد چیست و کجا استفاده می شود، چه تجهیزاتی برای نورد و کشش مورد نیاز است. چگونه محصولات نهایی با استفاده از این فناوری‌ها به دست می‌آیند و کجا استفاده می‌شوند.
- تولید جوشکاری، مشخصات کلی و چشم انداز توسعه آن، طبقه بندی روش های جوشکاری برای مواد مختلف. فرآیندهای فیزیکوشیمیایی برای به دست آوردن جوش.
- مواد کامپوزیت. پلاستیک ها روش های به دست آوردن، مشخصات کلی. روشهای کار با مواد کامپوزیت چشم اندازهای برنامه.
توسعه مدرن علم مواد
اخیراً علم مواد انگیزه قدرتمندی برای توسعه یافته است. نیاز به مواد جدید باعث شد تا دانشمندان به فکر دستیابی به فلزات خالص و فوق خالص باشند، کار برای ایجاد آن در حال انجام است.مواد اولیه مختلف با توجه به ویژگی های اولیه محاسبه شده. تکنولوژی مدرن مصالح ساختاری استفاده از مواد جدید را به جای مواد فلزی استاندارد پیشنهاد می کند. توجه بیشتری به استفاده از پلاستیک، سرامیک، مواد کامپوزیتی می شود که دارای پارامترهای مقاومتی هستند که با محصولات فلزی سازگار هستند، اما فاقد معایب هستند.
