חומרים מדע וטכנולוגיה הוא אחד הדיסציפלינות החשובות ביותר עבור כמעט כל הסטודנטים הלומדים הנדסת מכונות. יצירת פיתוחים חדשים שיכולים להתחרות בשוק הבינלאומי אי אפשר לדמיין וליישם ללא ידע מעמיק בנושא זה.
לימוד מגוון חומרי הגלם השונים ותכונותיהם הוא הקורס של מדעי החומרים. מאפיינים שונים של החומרים המשמשים קובעים מראש את טווח היישום שלהם בהנדסה. המבנה הפנימי של מתכת או סגסוגת מרוכבת משפיע ישירות על איכות המוצר.
תכונות בסיסיות
מדע חומרים וטכנולוגיית חומרים מבניים מדגישים את ארבעת המאפיינים החשובים ביותר של כל מתכת או סגסוגת. קודם כל, מדובר בתכונות פיזיות ומכאניות המאפשרות לחזות את האיכויות התפעוליות והטכנולוגיות של מוצר עתידי. התכונה המכנית העיקריתהנה החוזק - זה משפיע ישירות על אי ההרס של המוצר המוגמר בהשפעת עומסי העבודה. תורת ההרס והכוח היא אחד המרכיבים החשובים ביותר בקורס היסוד "מדע וטכנולוגיה של חומרים". מדע זה מהווה את הבסיס התיאורטי למציאת הסגסוגות והרכיבים המבניים הנכונים לייצור חלקים בעלי מאפייני החוזק הרצויים. מאפיינים טכנולוגיים ותפעוליים מאפשרים לחזות את התנהגות המוצר המוגמר בעומסים קיצוניים בעבודה, לחשב את גבולות החוזק ולהעריך את העמידות של המנגנון כולו.
חומרים עיקריים
במהלך מאות השנים האחרונות, מתכת הייתה החומר העיקרי ליצירת מכונות ומנגנונים. לכן, הדיסציפלינה "מדעי החומרים" מקדישה תשומת לב רבה למדעי המתכות - מדע המתכות והסגסוגות שלהן. תרומה גדולה לפיתוחו נעשתה על ידי מדענים סובייטים: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. ואחרים.
Materials Science Goals
היסודות של מדעי החומרים נדרשים להילמד על ידי מהנדסים עתידיים. אחרי הכל, המטרה העיקרית של הכללת דיסציפלינה זו בתכנית הלימודים היא ללמד סטודנטים להנדסה לבחור נכון של חומר למוצרים מהונדסים על מנת להאריך את חיי השירות שלהם.
השגת יעד זה יעזור למהנדסים עתידיים לפתור את הבעיות הבאות:
- העריך נכון את התכונות הטכניות של חומר על ידי ניתוח תנאי הייצורהמוצר והחיים השימושיים שלו.
- לקבל רעיונות מדעיים מעוצבים היטב לגבי האפשרויות האמיתיות של שיפור כל התכונות של מתכת או סגסוגת על ידי שינוי המבנה שלה.
- דע על כל הדרכים להקשיח חומרים שיכולים להבטיח את העמידות והביצועים של כלים ומוצרים.
- בעל ידע עדכני על קבוצות החומרים העיקריות בהן נעשה שימוש, תכונות הקבוצות הללו וההיקף.
ידע הכרחי
הקורס "מדע חומרים וטכנולוגיה של חומרים מבניים" מיועד לאותם תלמידים שכבר מבינים ויכולים להסביר את המשמעות של מאפיינים כגון מתח, עומס, עיוות פלסטי ואלסטי, מצב צבירה של חומר, אטומי- מבנה גבישי של מתכות, סוגי קשרים כימיים, תכונות פיזיקליות בסיסיות של מתכות. בתהליך הלימוד, התלמידים עוברים הכשרה בסיסית, שתועיל להם לכיבוש מקצועות הפרופיל. קורסים מתקדמים יותר מכסים תהליכי ייצור וטכנולוגיות שונות, בהם מדע החומרים והטכנולוגיה משחקים תפקיד משמעותי.
מי עובד?
ידע במאפייני העיצוב והמאפיינים הטכניים של מתכות וסגסוגות יהיה שימושי לטכנולוג, מהנדס או מעצב העוסק בתחום ההפעלה של מכונות ומנגנונים מודרניים. מומחים בתחום טכנולוגיית חומרים חדשים יכולים למצוא את מקום עבודתם בהנדסה, רכב, תעופה,תעשיית האנרגיה והחלל. לאחרונה יש מחסור במומחים בעלי דיפלומה במדעי החומר והטכנולוגיה בתעשייה הביטחונית ובתחום פיתוח התקשורת.
פיתוח מדעי החומר
כדיסציפלינה נפרדת, מדעי החומרים הם דוגמה למדע יישומי טיפוסי המסביר את ההרכב, המבנה והתכונות של מתכות שונות וסגסוגותיהן בתנאים שונים.
היכולת לחלץ מתכת וליצור סגסוגות שונות נרכשה על ידי אדם במהלך תקופת הפירוק של המערכת הקהילתית הפרימיטיבית. אבל כמדע נפרד, מדעי החומרים וטכנולוגיית החומרים החלו להיחקר לפני קצת יותר מ-200 שנה. תחילת המאה ה-18 היא תקופת הגילויים של האנציקלופדיסט הצרפתי Réaumur, שהיה הראשון שניסה לחקור את המבנה הפנימי של מתכות. מחקרים דומים בוצעו על ידי היצרן האנגלי Grignon, אשר ב-1775 כתב דו ח קצר על מבנה העמודים שגילה, שנוצר במהלך התמצקות הברזל.
באימפריה הרוסית, העבודות המדעיות הראשונות בתחום המטלורגיה היו שייכות ל-M. V. Lomonosov, שבמדריך שלו ניסה להסביר בקצרה את המהות של תהליכים מתכות שונים.
מדע המתכת עשה קפיצת מדרגה גדולה בתחילת המאה ה-19, כאשר פותחו שיטות חדשות ללימוד חומרים שונים. בשנת 1831, עבודותיו של פ.פ. אנוסוב הראו את האפשרות לבחון מתכות תחת מיקרוסקופ. לאחר מכן, מספר מדענים ממספר מדינות הוכיחו מדעיתטרנספורמציות מבניות במתכות במהלך הקירור המתמשך שלהן.
מאה שנים מאוחר יותר, עידן המיקרוסקופים האופטיים חדל להתקיים. הטכנולוגיה של חומרים מבניים לא יכלה לגלות תגליות חדשות בשיטות מיושנות. האופטיקה הוחלפה באלקטרוניקה. מדע המתכות החל לנקוט בשיטות אלקטרוניות של תצפית, בפרט, עקיפה נויטרונים ודיפרקציה אלקטרונית. בעזרת הטכנולוגיות החדשות הללו, ניתן להגדיל את המקטעים של מתכות וסגסוגות עד פי 1000, מה שאומר שיש הרבה יותר בסיס למסקנות מדעיות.
מידע תיאורטי על מבנה החומרים
בתהליך לימוד הדיסציפלינה, התלמידים מקבלים ידע תיאורטי על המבנה הפנימי של מתכות וסגסוגות. בתום הקורס, על התלמידים לרכוש את המיומנויות והיכולות הבאות:
- על מבנה הגביש הפנימי של מתכות;
- על אניסוטרופיה ואיזוטרופיה. מה גורם למאפיינים אלה וכיצד ניתן להשפיע עליהם;
- על פגמים שונים במבנה של מתכות וסגסוגות;
- על שיטות ללימוד המבנה הפנימי של החומר.
לימודים מעשיים בדיסציפלינה של מדעי החומר
המחלקה למדעי החומרים זמינה בכל אוניברסיטה טכנית. במהלך קורס נתון, הסטודנט לומד את השיטות והטכנולוגיות הבאות:
יסודות המטלורגיה - היסטוריה ושיטות מודרניות לייצור סגסוגות מתכת. ייצור פלדה וברזל בתנורי פיצוץ מודרניים. יציקת פלדה וברזל יצוק, שיטות לשיפור איכות המוצרייצור מתכות. סיווג וסימון פלדה, מאפייניה הטכניים והפיזיים. התכה של מתכות לא ברזליות וסגסוגותיהן, ייצור אלומיניום, נחושת, טיטניום ומתכות לא ברזליות אחרות. ציוד בשימוש
- היסודות של מדעי החומרים כוללים את חקר ייצור היציקה, מצבו הנוכחי, תוכניות טכנולוגיות כלליות לייצור יציקות.
- תורת העיוות הפלסטי, מה ההבדל בין דפורמציה קרה לחמה, מהי התקשות עבודה, מהות הטבעה חמה, שיטות הטבעה קרה, טווח היישום של חומרי הטבעה.
- זיוף: המהות של תהליך זה והפעולות העיקריות. מהם מוצרי גלגול והיכן משתמשים בהם, איזה ציוד נדרש לגלגול ושרטוט. כיצד מתקבלים מוצרים מוגמרים באמצעות טכנולוגיות אלו, והיכן הם משמשים.
- ייצור ריתוך, מאפייניו הכלליים וצפי הפיתוח, סיווג שיטות ריתוך לחומרים שונים. תהליכים פיזיקו-כימיים להשגת ריתוכים.
- חומרים מרוכבים. פלסטיק. שיטות השגה, מאפיינים כלליים. שיטות עבודה עם חומרים מרוכבים. לקוחות פוטנציאליים.
פיתוח מודרני של מדעי החומר
לאחרונה, מדעי החומרים קיבלו תנופה חזקה לפיתוח. הצורך בחומרים חדשים גרם למדענים לחשוב על השגת מתכות טהורות ואולטרה-טהורות, העבודה מתבצעת ליצירתחומרי גלם שונים לפי מאפיינים שחושבו בתחילה. טכנולוגיה מודרנית של חומרים מבניים מציעה שימוש בחומרים חדשים במקום מתכת סטנדרטית. תשומת לב רבה יותר מוקדשת לשימוש בפלסטיק, קרמיקה, חומרים מרוכבים בעלי פרמטרי חוזק התואמים למוצרי מתכת, אך נטולי חסרונותיהם.
