Nauka o materijalima i tehnologija je jedna od najvažnijih disciplina za gotovo sve studente koji studiraju mašinstvo. Stvaranje novih razvoja koji bi mogli konkurirati na međunarodnom tržištu nemoguće je zamisliti i implementirati bez temeljnog poznavanja ove teme.
Proučavanje asortimana različitih sirovina i njihovih svojstava je predmet nauke o materijalima. Različita svojstva korišćenih materijala određuju opseg njihove primene u inženjerstvu. Unutrašnja struktura metala ili kompozitne legure direktno utiče na kvalitet proizvoda.
Osnovne karakteristike
Nauka o materijalima i Tehnologija strukturalnih materijala naglašava četiri najvažnije karakteristike svakog metala ili legure. Prije svega, to su fizičke i mehaničke karakteristike koje omogućavaju predviđanje operativnih i tehnoloških kvaliteta budućeg proizvoda. Glavno mehaničko svojstvoovdje je snaga - ona direktno utječe na neuništivost gotovog proizvoda pod utjecajem radnih opterećenja. Doktrina destrukcije i snage jedna je od najvažnijih komponenti osnovnog kursa "materijalna nauka i tehnologija". Ova nauka čini teorijsku osnovu za pronalaženje pravih strukturnih legura i komponenti za proizvodnju delova sa željenim karakteristikama čvrstoće. Tehnološke i operativne karakteristike omogućavaju predviđanje ponašanja gotovog proizvoda pod radnim i ekstremnim opterećenjima, izračunavanje granica čvrstoće i procjenu trajnosti cijelog mehanizma.
Glavni materijali
Tokom poslednjih vekova, metal je bio glavni materijal za stvaranje mašina i mehanizama. Stoga disciplina "materijalna nauka" veliku pažnju posvećuje nauci o metalima - nauci o metalima i njihovim legurama. Veliki doprinos njegovom razvoju dali su sovjetski naučnici: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. i drugi.
Ciljevi nauke o materijalima
Osnove nauke o materijalima moraju proučavati budući inženjeri. Na kraju krajeva, glavna svrha uključivanja ove discipline u nastavni plan i program je naučiti studente inženjerstva da naprave pravi izbor materijala za inženjerske proizvode kako bi produžili njihov vijek trajanja.
Ostvarivanje ovog cilja pomoći će budućim inženjerima da riješe sljedeće probleme:
- Ispravno procijenite tehnička svojstva materijala analizom uslova proizvodnjeproizvod i njegov vijek trajanja.
- Imati dobro formirane naučne ideje o stvarnim mogućnostima poboljšanja bilo kojeg svojstva metala ili legure promjenom njegove strukture.
- Poznajte sve načine očvršćavanja materijala koji mogu osigurati trajnost i performanse alata i proizvoda.
- Imati ažurno znanje o glavnim grupama korištenih materijala, svojstvima ovih grupa i opsegu.
Neophodno znanje
Predmet "Materijalna nauka i tehnologija konstrukcijskih materijala" namenjen je onim studentima koji već razumeju i mogu da objasne značenje takvih karakteristika kao što su napon, opterećenje, plastična i elastična deformacija, stanje agregacije materije, atomsko- kristalna struktura metala, vrste hemijskih veza, osnovna fizička svojstva metala. U procesu studiranja studenti prolaze osnovnu obuku koja će im biti od koristi za osvajanje profilnih disciplina. Napredniji kursevi pokrivaju različite proizvodne procese i tehnologije, u kojima nauka o materijalima i tehnologija igraju značajnu ulogu.
Ko radi?
Poznavanje karakteristika dizajna i tehničkih karakteristika metala i legura biće od koristi tehnologu, inženjeru ili dizajneru koji radi u oblasti rada savremenih mašina i mehanizama. Specijalisti iz oblasti tehnologije novih materijala mogu naći svoje mjesto rada u inženjerstvu, automobilskoj industriji, avijaciji,energetike i svemirske industrije. Nedavno je u odbrambenoj industriji iu oblasti razvoja komunikacija nedostajalo specijalista sa diplomama iz nauke o materijalima i tehnologije.
Razvoj nauke o materijalima
Kao posebna disciplina, nauka o materijalima je primjer tipične primijenjene nauke koja objašnjava sastav, strukturu i svojstva različitih metala i njihovih legura pod različitim uvjetima.
Sposobnost vađenja metala i pravljenja raznih legura osoba je stekla tokom perioda raspadanja primitivnog komunalnog sistema. Ali kao posebna nauka, nauka o materijalima i tehnologija materijala počele su se proučavati prije nešto više od 200 godina. Početak 18. stoljeća je period otkrića francuskog enciklopediste Reaumura, koji je prvi pokušao da proučava unutrašnju strukturu metala. Slične studije izveo je engleski proizvođač Grignon, koji je 1775. godine napisao kratak izvještaj o stupastoj strukturi koju je otkrio, a koja nastaje tokom skrućivanja željeza.
U Ruskom carstvu, prvi naučni radovi iz oblasti metalurgije pripadali su M. V. Lomonosovu, koji je u svom priručniku pokušao da ukratko objasni suštinu različitih metalurških procesa.
Nauka o metalu napravila je veliki korak naprijed početkom 19. stoljeća, kada su razvijene nove metode za proučavanje različitih materijala. Godine 1831. radovi P. P. Anosova pokazali su mogućnost ispitivanja metala pod mikroskopom. Nakon toga je nekoliko naučnika iz niza zemalja naučno dokazalostrukturne transformacije u metalima tokom njihovog kontinuiranog hlađenja.
Sto godina kasnije, era optičkih mikroskopa je prestala da postoji. Tehnologija konstrukcijskih materijala nije mogla donijeti nova otkrića koristeći zastarjele metode. Optika je zamijenjena elektronikom. Nauka o metalu počela je pribjegavati elektronskim metodama promatranja, posebno neutronskoj difrakciji i difrakciji elektrona. Uz pomoć ovih novih tehnologija moguće je povećati presjeke metala i legura i do 1000 puta, što znači da ima mnogo više osnova za naučne zaključke.
Teorijske informacije o strukturi materijala
U procesu izučavanja discipline studenti dobijaju teorijska znanja o unutrašnjoj strukturi metala i legura. Na kraju kursa studenti bi trebali steći sljedeće vještine i sposobnosti:
- o unutrašnjoj kristalnoj strukturi metala;
- o anizotropiji i izotropiji. Šta uzrokuje ova svojstva i kako se na njih može utjecati;
- o raznim defektima u strukturi metala i legura;
- o metodama proučavanja unutrašnje strukture materijala.
Praktične studije u disciplini nauke o materijalima
Odsjek za nauku o materijalima dostupan je na svakom tehničkom univerzitetu. U toku kursa student izučava sledeće metode i tehnologije:
Osnovi metalurgije - istorija i moderne metode proizvodnje metalnih legura. Proizvodnja čelika i gvožđa u savremenim visokim pećima. Izlivanje čelika i livenog gvožđa, metode za poboljšanje kvaliteta proizvodametalurške proizvodnje. Klasifikacija i označavanje čelika, njegove tehničke i fizičke karakteristike. Topljenje obojenih metala i njihovih legura, proizvodnja aluminijuma, bakra, titana i drugih obojenih metala. Oprema korištena
- Osnove nauke o materijalima uključuju proučavanje livničke proizvodnje, njenog trenutnog stanja, opšte tehnološke šeme za proizvodnju odlivaka.
- Teorija plastične deformacije, koja je razlika između hladne i vruće deformacije, šta je kaljenje radom, suština toplog štancanja, metode hladnog štancanja, opseg primene materijala za štancanje.
- Kovanje: suština ovog procesa i glavne operacije. Šta su proizvodi za valjanje i gdje se koristi, koja oprema je potrebna za valjanje i izvlačenje. Kako se gotovi proizvodi dobijaju korišćenjem ovih tehnologija i gde se koriste.
- Proizvodnja zavarivanja, njene opšte karakteristike i perspektive razvoja, klasifikacija metoda zavarivanja za različite materijale. Fizičko-hemijski procesi za dobijanje zavarenih spojeva.
- Kompozitni materijali. Plastika. Načini dobijanja, opšte karakteristike. Metode rada sa kompozitnim materijalima. Izgledi za primjenu.
Moderni razvoj nauke o materijalima
Nedavno je nauka o materijalima dobila snažan poticaj za razvoj. Potreba za novim materijalima navela je naučnike da razmišljaju o dobijanju čistih i ultračistih metala, radi se na stvaranjurazne sirovine prema inicijalno izračunatim karakteristikama. Moderna tehnologija konstrukcijskih materijala predlaže korištenje novih supstanci umjesto standardnih metalnih. Više pažnje se poklanja upotrebi plastike, keramike, kompozitnih materijala koji imaju parametre čvrstoće koji su kompatibilni sa metalnim proizvodima, ali su lišeni njihovih nedostataka.
