Materiálová veda a technika je jedným z najdôležitejších odborov pre takmer všetkých študentov študujúcich strojárstvo. Vytvorenie nového vývoja, ktorý by mohol konkurovať na medzinárodnom trhu, si nemožno predstaviť a implementovať bez dôkladnej znalosti tejto problematiky.
Štúdium škály rôznych surovín a ich vlastností je kurzom materiálovej vedy. Rôzne vlastnosti použitých materiálov predurčujú rozsah ich použitia v strojárstve. Vnútorná štruktúra kovu alebo kompozitnej zliatiny priamo ovplyvňuje kvalitu produktu.
Základné funkcie
Veda o materiáloch a technológia štruktúrnych materiálov zdôrazňuje štyri najdôležitejšie vlastnosti akéhokoľvek kovu alebo zliatiny. V prvom rade sú to fyzikálne a mechanické vlastnosti, ktoré umožňujú predpovedať prevádzkové a technologické kvality budúceho produktu. Hlavná mechanická vlastnosťtu je sila - priamo ovplyvňuje nezničiteľnosť hotového výrobku pod vplyvom pracovného zaťaženia. Učenie o ničení a sile je jednou z najdôležitejších súčastí základného kurzu „náuka o materiáloch a technike“. Táto veda tvorí teoretický základ pre hľadanie správnych konštrukčných zliatin a komponentov na výrobu dielov s požadovanými pevnostnými charakteristikami. Technologické a prevádzkové vlastnosti umožňujú predpovedať správanie hotového výrobku pri pracovnom a extrémnom zaťažení, vypočítať medze pevnosti a vyhodnotiť životnosť celého mechanizmu.
Hlavné materiály
Počas posledných storočí bol kov hlavným materiálom na výrobu strojov a mechanizmov. Preto disciplína „náuka o materiáloch“venuje veľkú pozornosť vede o kovoch – náuke o kovoch a ich zliatinách. Veľký príspevok k jeho rozvoju mali sovietski vedci: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Černov D. K. a ďalší.
Ciele vedy o materiáloch
Základy materiálovej vedy musia budúci inžinieri študovať. Koniec koncov, hlavným účelom zahrnutia tejto disciplíny do učebných osnov je naučiť študentov inžinierstva správne si vyberať materiál pre inžinierske výrobky s cieľom predĺžiť ich životnosť.
Dosiahnutie tohto cieľa pomôže budúcim inžinierom vyriešiť nasledujúce problémy:
- Správne posúdiť technické vlastnosti materiálu analýzou výrobných podmienokprodukt a jeho životnosť.
- Mať dobre sformované vedecké predstavy o skutočných možnostiach zlepšenia akýchkoľvek vlastností kovu alebo zliatiny zmenou ich štruktúry.
- Vedieť o všetkých spôsoboch vytvrdzovania materiálov, ktoré môžu zabezpečiť odolnosť a výkon nástrojov a produktov.
- Mať aktuálne znalosti o hlavných skupinách používaných materiálov, vlastnostiach týchto skupín a rozsahu.
Potrebné znalosti
Kurz „Náuka o materiáloch a technológia konštrukčných materiálov“je určený pre tých študentov, ktorí už chápu a vedia vysvetliť význam takých charakteristík, ako je napätie, zaťaženie, plastická a elastická deformácia, stav agregácie hmoty, atómová- kryštálová štruktúra kovov, typy chemických väzieb, základné fyzikálne vlastnosti kovov. V procese štúdia študenti absolvujú základnú prípravu, ktorá im bude užitočná na zdolanie profilových disciplín. Pokročilejšie kurzy pokrývajú rôzne výrobné procesy a technológie, v ktorých hrá materiálová veda a technológia významnú úlohu.
Kto pracuje?
Znalosť konštrukčných prvkov a technických charakteristík kovov a zliatin bude užitočná pre technológa, inžiniera alebo konštruktéra pracujúceho v oblasti prevádzky moderných strojov a mechanizmov. Špecialisti v oblasti technológií nových materiálov nájdu svoje pôsobisko v strojárstve, automobilovom priemysle, letectve,energetický a vesmírny priemysel. V poslednom období je nedostatok odborníkov s diplomom v oblasti materiálovej vedy a technológie v obrannom priemysle a v oblasti rozvoja komunikácií.
Vývoj materiálovej vedy
Veda o materiáloch ako samostatná disciplína je príkladom typickej aplikovanej vedy, ktorá vysvetľuje zloženie, štruktúru a vlastnosti rôznych kovov a ich zliatin za rôznych podmienok.
Schopnosť ťažiť kov a vyrábať rôzne zliatiny získal človek v období rozkladu primitívneho komunálneho systému. Ale ako samostatná veda sa materiálová veda a materiálová technológia začali študovať pred niečo vyše 200 rokmi. Začiatok 18. storočia je obdobím objavov francúzskeho encyklopedistu Réaumura, ktorý sa ako prvý pokúsil študovať vnútornú štruktúru kovov. Podobné štúdie vykonal anglický výrobca Grignon, ktorý v roku 1775 napísal krátku správu o ním objavenej stĺpcovej štruktúre, ktorá vzniká pri tuhnutí železa.
V Ruskej ríši patrili prvé vedecké práce v oblasti metalurgie M. V. Lomonosovovi, ktorý sa vo svojej príručke pokúsil stručne vysvetliť podstatu rôznych metalurgických procesov.
Veda o kovoch urobila veľký skok vpred na začiatku 19. storočia, keď boli vyvinuté nové metódy na štúdium rôznych materiálov. V roku 1831 práce P. P. Anosova ukázali možnosť skúmania kovov pod mikroskopom. Potom to vedecky dokázalo niekoľko vedcov z mnohých krajínštrukturálne premeny v kovoch počas ich nepretržitého ochladzovania.
O sto rokov neskôr prestala existovať éra optických mikroskopov. Technológia konštrukčných materiálov nemohla robiť nové objavy pomocou zastaraných metód. Optiku nahradila elektronika. Veda o kovoch sa začala uchyľovať k elektronickým metódam pozorovania, najmä k neutrónovej difrakcii a elektrónovej difrakcii. Pomocou týchto nových technológií je možné zväčšiť profily kovov a zliatin až 1000-krát, čo znamená, že existuje oveľa viac dôvodov na vedecké závery.
Teoretické informácie o štruktúre materiálov
V procese štúdia disciplíny študenti získavajú teoretické vedomosti o vnútornej štruktúre kovov a zliatin. Na konci kurzu by študenti mali získať nasledujúce zručnosti a schopnosti:
- o vnútornej kryštálovej štruktúre kovov;
- o anizotropii a izotropii. Čo spôsobuje tieto vlastnosti a ako ich možno ovplyvniť;
- o rôznych chybách v štruktúre kovov a zliatin;
- o metódach štúdia vnútornej štruktúry materiálu.
Praktické štúdium v odbore vedy o materiáloch
Katedra materiálovej vedy je dostupná na každej technickej univerzite. V priebehu daného kurzu študent študuje nasledovné metódy a technológie:
Základy metalurgie - história a moderné metódy výroby kovových zliatin. Výroba ocele a železa v moderných vysokých peciach. Liatie ocele a liatiny, metódy na zlepšenie kvality výrobkovhutnícka výroba. Klasifikácia a označovanie ocele, jej technické a fyzikálne vlastnosti. Tavenie neželezných kovov a ich zliatin, výroba hliníka, medi, titánu a iných neželezných kovov. Použité vybavenie
- Základy materiálovej vedy zahŕňajú štúdium zlievarenskej výroby, jej súčasný stav, všeobecné technologické schémy výroby odliatkov.
- Teória plastickej deformácie, aký je rozdiel medzi deformáciou za studena a za tepla, čo je pracovné kalenie, podstata lisovania za tepla, metódy lisovania za studena, rozsah použitia lisovacích materiálov.
- Kovanie: podstata tohto procesu a hlavné operácie. Čo sú valcovacie výrobky a kde sa používajú, aké zariadenia sú potrebné na valcovanie a ťahanie. Ako sa pomocou týchto technológií získavajú hotové výrobky a kde sa používajú.
- Zváracia výroba, jej všeobecné charakteristiky a perspektívy vývoja, klasifikácia metód zvárania pre rôzne materiály. Fyzikálno-chemické procesy získavania zvarov.
- Kompozitné materiály. Plasty. Spôsoby získavania, všeobecná charakteristika. Spôsoby práce s kompozitnými materiálmi. Vyhliadky na uplatnenie.
Moderný vývoj materiálovej vedy
Veda o materiáloch nedávno dostala silný impulz k rozvoju. Potreba nových materiálov prinútila vedcov premýšľať o získaní čistých a ultračistých kovov, na vytvorení ktorých sa pracujerôzne suroviny podľa pôvodne vypočítaných charakteristík. Moderná technológia konštrukčných materiálov naznačuje použitie nových látok namiesto štandardných kovových. Väčšia pozornosť sa venuje používaniu plastov, keramiky, kompozitných materiálov, ktoré majú pevnostné parametre kompatibilné s kovovými výrobkami, ale nemajú svoje nevýhody.
