La scienza e la tecnologia dei materiali è una delle discipline più importanti per quasi tutti gli studenti che studiano ingegneria meccanica. La creazione di nuovi sviluppi che potrebbero competere nel mercato internazionale è impossibile da immaginare e attuare senza una conoscenza approfondita di questo argomento.
Studiare la gamma di varie materie prime e le loro proprietà è il corso della scienza dei materiali. Varie proprietà dei materiali utilizzati predeterminano la gamma della loro applicazione in ingegneria. La struttura interna di un metallo o di una lega composita influisce direttamente sulla qualità del prodotto.
Caratteristiche di base
La scienza dei materiali e la tecnologia dei materiali strutturali mette in evidenza le quattro caratteristiche più importanti di qualsiasi metallo o lega. Si tratta innanzitutto di caratteristiche fisiche e meccaniche che consentono di prevedere le qualità operative e tecnologiche di un futuro prodotto. La principale proprietà meccanicaecco la forza: influisce direttamente sull'indistruttibilità del prodotto finito sotto l'influenza dei carichi di lavoro. La dottrina della distruzione e della forza è una delle componenti più importanti del corso base "scienza e tecnologia dei materiali". Questa scienza costituisce la base teorica per trovare le leghe e i componenti strutturali giusti per la produzione di parti con le caratteristiche di resistenza desiderate. Le caratteristiche tecnologiche e operative consentono di prevedere il comportamento del prodotto finito sotto carichi di lavoro ed estremi, calcolare i limiti di resistenza e valutare la durabilità dell'intero meccanismo.
Materiali principali
Negli ultimi secoli, il metallo è stato il materiale principale per la creazione di macchine e meccanismi. Pertanto, la disciplina "scienza dei materiali" presta grande attenzione alla scienza dei metalli, la scienza dei metalli e delle loro leghe. Un grande contributo al suo sviluppo è stato dato dagli scienziati sovietici: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. e altri.
Obiettivi di scienza dei materiali
Le basi della scienza dei materiali devono essere studiate dai futuri ingegneri. Dopotutto, lo scopo principale dell'inclusione di questa disciplina nel curriculum è insegnare agli studenti di ingegneria a fare la scelta giusta del materiale per i prodotti ingegnerizzati al fine di prolungarne la durata.
Il raggiungimento di questo obiettivo aiuterà i futuri ingegneri a risolvere i seguenti problemi:
- Valutare correttamente le proprietà tecniche di un materiale analizzando le condizioni di fabbricazioneprodotto e la sua vita utile.
- Avere idee scientifiche ben formate sulle reali possibilità di migliorare qualsiasi proprietà di un metallo o di una lega modificandone la struttura.
- Conoscere tutti i modi per indurire i materiali che possono garantire la durata e le prestazioni di strumenti e prodotti.
- Avere una conoscenza aggiornata dei principali gruppi di materiali utilizzati, le proprietà di questi gruppi e l'ambito.
Conoscenze necessarie
Il corso "Scienza e tecnologia dei materiali dei materiali strutturali" è rivolto a quegli studenti che già comprendono e possono spiegare il significato di caratteristiche quali sollecitazione, carico, deformazione plastica ed elastica, stato di aggregazione della materia, struttura cristallina dei metalli, tipi di legami chimici, proprietà fisiche di base dei metalli. Nel percorso di studio, gli studenti seguono una formazione di base, che sarà loro utile per conquistare le discipline di profilo. I corsi più avanzati coprono vari processi e tecnologie di produzione, in cui la scienza e la tecnologia dei materiali svolgono un ruolo significativo.
Chi lavora?
La conoscenza delle caratteristiche progettuali e delle caratteristiche tecniche di metalli e leghe sarà utile a un tecnico, ingegnere o designer che opera nel campo del funzionamento di macchine e meccanismi moderni. Gli specialisti nel campo della tecnologia dei nuovi materiali possono trovare il loro posto di lavoro in ingegneria, automotive, aviazione,industria energetica e spaziale. Di recente, c'è stata una carenza di specialisti con un diploma in scienza e tecnologia dei materiali nell'industria della difesa e nel campo dello sviluppo delle comunicazioni.
Sviluppo della scienza dei materiali
In quanto disciplina separata, la scienza dei materiali è un esempio di una tipica scienza applicata che spiega la composizione, la struttura e le proprietà di vari metalli e delle loro leghe in condizioni diverse.
La capacità di estrarre metallo e di fabbricare varie leghe è stata acquisita da una persona durante il periodo di decomposizione del primitivo sistema comunale. Ma come scienza separata, la scienza dei materiali e la tecnologia dei materiali iniziarono a essere studiate poco più di 200 anni fa. L'inizio del XVIII secolo è il periodo delle scoperte dell'enciclopedista francese Réaumur, che per primo tentò di studiare la struttura interna dei metalli. Studi simili furono condotti dal fabbricante inglese Griignon, che nel 1775 scrisse una breve relazione sulla struttura colonnare da lui scoperta, che si forma durante la solidificazione del ferro.
Nell'impero russo, i primi lavori scientifici nel campo della metallurgia appartenevano a M. V. Lomonosov, che nel suo manuale ha cercato di spiegare brevemente l'essenza dei vari processi metallurgici.
La scienza dei metalli fece un grande balzo in avanti all'inizio del 19° secolo, quando furono sviluppati nuovi metodi per lo studio di vari materiali. Nel 1831, i lavori di P. P. Anosov hanno mostrato la possibilità di esaminare i metalli al microscopio. Successivamente, diversi scienziati di diversi paesi hanno dimostrato scientificamentetrasformazioni strutturali nei metalli durante il loro continuo raffreddamento.
Cento anni dopo, l'era dei microscopi ottici ha cessato di esistere. La tecnologia dei materiali strutturali non poteva fare nuove scoperte utilizzando metodi obsoleti. L'ottica è stata sostituita dall'elettronica. La scienza dei metalli iniziò a ricorrere a metodi di osservazione elettronici, in particolare alla diffrazione dei neutroni e alla diffrazione degli elettroni. Con l'aiuto di queste nuove tecnologie, è possibile aumentare le sezioni di metalli e leghe fino a 1000 volte, il che significa che ci sono molti più motivi per conclusioni scientifiche.
Informazioni teoriche sulla struttura dei materiali
Nel processo di studio della disciplina, gli studenti ricevono conoscenze teoriche sulla struttura interna di metalli e leghe. Alla fine del corso, gli studenti dovrebbero aver acquisito le seguenti abilità e abilità:
- sulla struttura cristallina interna dei metalli;
- su anisotropia e isotropia. Quali sono le cause di queste proprietà e come possono essere influenzate;
- su vari difetti nella struttura di metalli e leghe;
- sui metodi per studiare la struttura interna del materiale.
Studi pratici nella disciplina delle scienze dei materiali
Il Dipartimento di scienze dei materiali è disponibile in ogni università tecnica. Nel corso di un determinato corso, lo studente studia i seguenti metodi e tecnologie:
Fondamenti di metallurgia - storia e metodi moderni di produzione delle leghe metalliche. Produzione di acciaio e ferro nei moderni altiforni. Colata di acciaio e ghisa, metodi per migliorare la qualità del prodottoproduzione metallurgica. Classificazione e marcatura dell'acciaio, sue caratteristiche tecniche e fisiche. Fusione di metalli non ferrosi e loro leghe, produzione di alluminio, rame, titanio e altri metalli non ferrosi. Attrezzatura usata
- Le basi della scienza dei materiali includono lo studio della produzione di fonderia, il suo stato attuale, schemi tecnologici generali per la produzione di getti.
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- Materiali compositi. Plastica. Modalità di ottenimento, caratteristiche generali. Metodi di lavorazione dei materiali compositi. Prospettive di candidatura.
Sviluppo moderno della scienza dei materiali
Di recente, la scienza dei materiali ha ricevuto un potente impulso allo sviluppo. La necessità di nuovi materiali ha fatto pensare agli scienziati di ottenere metalli puri e ultrapuri, il lavoro è in corso per crearematerie prime diverse in base alle caratteristiche inizialmente calcolate. La moderna tecnologia dei materiali strutturali suggerisce l'uso di nuove sostanze invece di quelle metalliche standard. Maggiore attenzione è rivolta all'uso di plastica, ceramica, materiali compositi che hanno parametri di resistenza compatibili con i prodotti in metallo, ma sono privi dei loro svantaggi.
