Материалознание и технологии е една от най-важните дисциплини за почти всички студенти, изучаващи машинно инженерство. Създаването на нови разработки, които биха могли да се конкурират на международния пазар, е невъзможно да си представим и приложим без задълбочено познаване на тази тема.
Изучаването на гамата от различни суровини и техните свойства е курс на материалознанието. Различните свойства на използваните материали предопределят обхвата на тяхното приложение в инженерството. Вътрешната структура на метал или композитна сплав пряко влияе върху качеството на продукта.
Основни функции
Науката за материалите и технологията на структурните материали подчертава четирите най-важни характеристики на всеки метал или сплав. На първо място, това са физични и механични характеристики, които позволяват да се предскажат експлоатационните и технологичните качества на бъдещ продукт. Основното механично свойствотук е силата - тя пряко влияе върху неразрушимостта на готовия продукт под въздействието на работните натоварвания. Доктрината за унищожението и силата е един от най-важните компоненти на основния курс "материознание и технология". Тази наука формира теоретичната основа за намиране на правилните структурни сплави и компоненти за производството на части с желаните якостни характеристики. Технологичните и експлоатационни характеристики позволяват да се предвиди поведението на крайния продукт при работни и екстремни натоварвания, да се изчислят границите на якост и да се оцени издръжливостта на целия механизъм.
Основни материали
През последните векове металът е бил основният материал за създаване на машини и механизми. Затова дисциплината „материалознание” отделя голямо внимание на металознанието – науката за металите и техните сплави. Голям принос за неговото развитие имат съветските учени: Аносов П. П., Курнаков Н. С., Чернов Д. К. и др.
Цели на науката за материалите
Основите на материалознанието трябва да бъдат изучавани от бъдещи инженери. В крайна сметка, основната цел на включването на тази дисциплина в учебната програма е да научи студентите по инженерство да правят правилния избор на материал за проектирани продукти, за да удължат техния експлоатационен живот.
Постигането на тази цел ще помогне на бъдещите инженери да решат следните проблеми:
- Правилно оценете техническите свойства на материала чрез анализиране на производствените условияпродукт и неговия полезен живот.
- Да имате добре оформени научни идеи за реалните възможности за подобряване на всякакви свойства на метал или сплав чрез промяна на структурата му.
- Запознайте се с всички начини за втвърдяване на материали, които могат да гарантират издръжливостта и производителността на инструментите и продуктите.
- Да имате актуални познания за основните групи използвани материали, свойствата на тези групи и обхвата.
Необходими знания
Курсът "Материознание и технология на конструктивните материали" е предназначен за тези студенти, които вече разбират и могат да обяснят значението на такива характеристики като напрежение, натоварване, пластична и еластична деформация, агрегатно състояние на материята, атомно- кристална структура на металите, видове химични връзки, основни физични свойства на металите. В процеса на обучение студентите преминават основно обучение, което ще им бъде полезно за завладяване на профилните дисциплини. По-напреднали курсове обхващат различни производствени процеси и технологии, в които материалознанието и технологиите играят значителна роля.
Кой работи?
Познаването на конструктивните особености и техническите характеристики на металите и сплавите ще бъде полезно на технолог, инженер или конструктор, работещ в областта на експлоатацията на съвременни машини и механизми. Специалисти в областта на технологиите на новите материали могат да намерят своето място на работа в машиностроенето, автомобилостроенето, авиацията,енергийна и космическа индустрия. Напоследък има недостиг на специалисти с диплома по материалознание и технологии в отбранителната индустрия и в областта на комуникационното развитие.
Развитие на материалознанието
Като отделна дисциплина, материалознанието е пример за типична приложна наука, която обяснява състава, структурата и свойствата на различни метали и техните сплави при различни условия.
Способността да се извлича метал и да се правят различни сплави е придобита от човек по време на периода на разлагане на примитивната общностна система. Но като отделна наука материалознанието и материалната технология започват да се изучават преди малко повече от 200 години. Началото на 18 век е периодът на открития на френския енциклопедист Реомюр, който пръв се опитва да изследва вътрешната структура на металите. Подобни изследвания са проведени от английския производител Grignon, който през 1775 г. написва кратък доклад за откритата от него колонна структура, която се образува при втвърдяването на желязо.
В Руската империя първите научни трудове в областта на металургията принадлежат на М. В. Ломоносов, който в своето ръководство се опитва да обясни накратко същността на различни металургични процеси.
Науката за метали направи голям скок напред в началото на 19-ти век, когато бяха разработени нови методи за изследване на различни материали. През 1831 г. трудовете на П. П. Аносов показват възможността за изследване на метали под микроскоп. След това няколко учени от редица страни научно доказахаструктурни трансформации в металите при непрекъснатото им охлаждане.
Сто години по-късно ерата на оптичните микроскопи е престанала да съществува. Технологията на структурните материали не може да направи нови открития, използвайки остарели методи. Оптиката е заменена с електроника. Науката за метали започна да прибягва до електронни методи за наблюдение, по-специално неутронна дифракция и дифракция на електрони. С помощта на тези нови технологии е възможно да се увеличат сеченията на метали и сплави до 1000 пъти, което означава, че има много повече основания за научни заключения.
Теоретична информация за структурата на материалите
В процеса на изучаване на дисциплината студентите получават теоретични знания за вътрешната структура на металите и сплавите. В края на курса студентите трябва да са придобили следните умения и способности:
- за вътрешната кристална структура на металите;
- за анизотропията и изотропията. Какво причинява тези свойства и как могат да бъдат повлияни;
- за различни дефекти в структурата на метали и сплави;
- за методите за изследване на вътрешната структура на материала.
Практически изследвания в дисциплината материалознание
Катедра по материалознание е достъпна във всеки технически университет. По време на даден курс студентът изучава следните методи и технологии:
Основи на металургията - история и съвременни методи за производство на метални сплави. Производство на стомана и желязо в съвременни доменни пещи. Изливане на стомана и чугун, методи за подобряване на качеството на продуктаметалургично производство. Класификация и маркиране на стоманата, нейните технически и физически характеристики. Топене на цветни метали и техните сплави, производство на алуминий, мед, титан и други цветни метали. Използвано оборудване
- Основите на материалознанието включват изучаването на леярното производство, неговото текущо състояние, общи технологични схеми за производство на отливки.
- Теория на пластичната деформация, каква е разликата между студена и гореща деформация, какво е работно втвърдяване, същността на горещото щамповане, методите на студено щамповане, обхвата на приложение на щамповащите материали.
- Коване: същността на този процес и основните операции. Какво представляват продуктите за валцуване и къде се използва, какво оборудване е необходимо за валцуване и изтегляне. Как се получават крайните продукти с помощта на тези технологии и къде се използват.
- Заваръчно производство, неговите общи характеристики и перспективи за развитие, класификация на методите на заваряване на различни материали. Физико-химични процеси за получаване на заварки.
- Композитни материали. Пластмаси. Методи за получаване, обща характеристика. Методи за работа с композитни материали. Перспективи за кандидатстване.
Модерно развитие на материалознанието
Напоследък материалознанието получи мощен тласък за развитие. Необходимостта от нови материали накара учените да се замислят за получаване на чисти и свръхчисти метали, работи се по създаванеторазлични суровини според първоначално изчислените характеристики. Съвременната технология на конструкционните материали предполага използването на нови вещества вместо стандартни метални. Повече внимание се отделя на използването на пластмаси, керамика, композитни материали, които имат якостни параметри, които са съвместими с металните изделия, но са лишени от техните недостатъци.
