Nauka o materiálech a technologie je jedním z nejdůležitějších oborů pro téměř všechny studenty, kteří studují strojní inženýrství. Vytvoření nového vývoje, který by mohl konkurovat na mezinárodním trhu, si nelze představit a implementovat bez důkladné znalosti tohoto tématu.
Studium škály různých surovin a jejich vlastností je kurzem materiálové vědy. Různé vlastnosti použitých materiálů předurčují rozsah jejich použití ve strojírenství. Vnitřní struktura kovu nebo kompozitní slitiny přímo ovlivňuje kvalitu produktu.
Základní funkce
Nauka o materiálech a technologie strukturálních materiálů zdůrazňuje čtyři nejdůležitější vlastnosti jakéhokoli kovu nebo slitiny. Především se jedná o fyzikální a mechanické vlastnosti, které umožňují předvídat provozní a technologické kvality budoucího produktu. Hlavní mechanická vlastnostzde je síla - přímo ovlivňuje nezničitelnost hotového výrobku pod vlivem pracovního zatížení. Nauka o ničení a síle je jednou z nejdůležitějších součástí základního kurzu „nauka o materiálech a technologie“. Tato věda tvoří teoretický základ pro nalezení správných konstrukčních slitin a komponentů pro výrobu dílů s požadovanými pevnostními charakteristikami. Technologické a provozní vlastnosti umožňují předvídat chování hotového výrobku při pracovním a extrémním zatížení, vypočítat meze pevnosti a vyhodnotit životnost celého mechanismu.
Hlavní materiály
V posledních stoletích byl kov hlavním materiálem pro výrobu strojů a mechanismů. Proto obor „nauka o materiálech“věnuje velkou pozornost nauce o kovech – nauce o kovech a jejich slitinách. Velkou zásluhu na jeho vývoji měli sovětští vědci: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Černov D. K. a další.
Cíle vědy o materiálech
Základy materiálové vědy musí budoucí inženýři studovat. Koneckonců, hlavním účelem zahrnutí této disciplíny do učebních osnov je naučit studenty inženýrství správně vybírat materiál pro technické produkty, aby se prodloužila jejich životnost.
Dosažení tohoto cíle pomůže budoucím inženýrům vyřešit následující problémy:
- Správně zhodnoťte technické vlastnosti materiálu analýzou výrobních podmínekprodukt a jeho životnost.
- Mít dobře formované vědecké představy o skutečných možnostech zlepšení jakýchkoli vlastností kovu nebo slitiny změnou jeho struktury.
- Vědět o všech způsobech kalení materiálů, které mohou zajistit odolnost a výkon nástrojů a produktů.
- Mít aktuální znalosti o hlavních skupinách používaných materiálů, vlastnostech těchto skupin a rozsahu.
Potřebné znalosti
Kurz "Nauka o materiálech a technologie konstrukčních materiálů" je určen těm studentům, kteří již chápou a dokážou vysvětlit význam takových charakteristik, jako je napětí, zatížení, plastická a elastická deformace, stav agregace hmoty, atomární- krystalová struktura kovů, typy chemických vazeb, základní fyzikální vlastnosti kovů. V procesu studia studenti procházejí základním výcvikem, který se jim bude hodit k dobývání profilových disciplín. Pokročilejší kurzy pokrývají různé výrobní procesy a technologie, ve kterých hraje významnou roli materiálová věda a technologie.
Kdo pracuje?
Znalost konstrukčních prvků a technických vlastností kovů a slitin bude užitečná pro technologa, inženýra nebo konstruktéra pracujícího v oblasti provozu moderních strojů a mechanismů. Specialisté v oblasti technologií nových materiálů najdou své působiště ve strojírenství, automobilovém průmyslu, letectví,energetika a vesmírný průmysl. V poslední době je nedostatek odborníků s diplomem v oboru materiálové vědy a technologie v obranném průmyslu a v oblasti rozvoje komunikací.
Vývoj materiálové vědy
Jako samostatná disciplína je materiálová věda příkladem typické aplikované vědy, která vysvětluje složení, strukturu a vlastnosti různých kovů a jejich slitin za různých podmínek.
Schopnost těžit kov a vyrábět různé slitiny člověk získal v období rozkladu primitivního komunálního systému. Ale jako samostatná věda se materiálová věda a materiálová technologie začaly studovat před více než 200 lety. Počátek 18. století je obdobím objevů francouzského encyklopedisty Réaumura, který se jako první pokusil studovat vnitřní stavbu kovů. Podobné studie provedl anglický výrobce Grignon, který v roce 1775 napsal krátkou zprávu o jím objevené sloupcové struktuře, která vzniká při tuhnutí železa.
V Ruské říši patřily první vědecké práce v oboru metalurgie M. V. Lomonosovovi, který se ve své příručce pokusil stručně vysvětlit podstatu různých metalurgických procesů.
Věda o kovech udělala velký skok vpřed na začátku 19. století, kdy byly vyvinuty nové metody pro studium různých materiálů. V roce 1831 práce P. P. Anosova ukázaly možnost zkoumání kovů pod mikroskopem. Poté vědecky prokázalo několik vědců z řady zemístrukturální přeměny kovů během jejich nepřetržitého ochlazování.
O sto let později éra optických mikroskopů přestala existovat. Technologie konstrukčních materiálů nemohla dělat nové objevy pomocí zastaralých metod. Optiku nahradila elektronika. Věda o kovech se začala uchylovat k elektronickým metodám pozorování, zejména k difrakci neutronů a difrakci elektronů. Pomocí těchto nových technologií je možné zvětšit průřezy kovů a slitin až 1000krát, což znamená, že existuje mnohem více důvodů pro vědecké závěry.
Teoretické informace o struktuře materiálů
V procesu studia oboru získávají studenti teoretické znalosti o vnitřní struktuře kovů a slitin. Na konci tohoto kurzu by studenti měli získat následující dovednosti a schopnosti:
- o vnitřní krystalové struktuře kovů;
- o anizotropii a izotropii. Co způsobuje tyto vlastnosti a jak je lze ovlivnit;
- o různých vadách ve struktuře kovů a slitin;
- o metodách studia vnitřní struktury materiálu.
Praktické studium v oboru materiálové vědy
Katedra materiálové vědy je dostupná na každé technické univerzitě. V průběhu daného kurzu student studuje následující metody a technologie:
Základy metalurgie - historie a moderní metody výroby kovových slitin. Výroba oceli a železa v moderních vysokých pecích. Lití oceli a litiny, způsoby zlepšování jakosti výrobkůhutní výroba. Klasifikace a značení oceli, její technické a fyzikální vlastnosti. Tavení neželezných kovů a jejich slitin, výroba hliníku, mědi, titanu a dalších neželezných kovů. Použité vybavení
- Základy nauky o materiálech zahrnují studium slévárenské výroby, její současný stav, obecná technologická schémata výroby odlitků.
- Teorie plastické deformace, jaký je rozdíl mezi deformací za studena a za tepla, co je mechanické zpevňování, podstata lisování za tepla, metody lisování za studena, rozsah použití lisovacích materiálů.
- Kování: podstata tohoto procesu a hlavní operace. Co jsou válcovací výrobky a kde se používají, jaké zařízení je potřeba pro válcování a tažení. Jak se pomocí těchto technologií získávají hotové výrobky a kde se používají.
- Svařovací výroba, její obecná charakteristika a perspektivy rozvoje, klasifikace metod svařování pro různé materiály. Fyzikálně-chemické procesy pro získávání svarů.
- Kompozitní materiály. Plasty. Způsoby získávání, obecná charakteristika. Metody práce s kompozitními materiály. Vyhlídky na uplatnění.
Moderní vývoj materiálové vědy
Věda o materiálech dostala v poslední době silný impuls k vývoji. Potřeba nových materiálů přiměla vědce přemýšlet o získávání čistých a ultračistých kovů, na jejichž vytvoření se pracujerůzné suroviny podle původně vypočítaných charakteristik. Moderní technologie konstrukčních materiálů naznačuje použití nových látek namísto standardních kovových. Větší pozornost je věnována použití plastů, keramiky, kompozitních materiálů, které mají pevnostní parametry kompatibilní s kovovými výrobky, ale postrádají své nevýhody.
