Khoa học và Công nghệ Vật liệu là một trong những ngành học quan trọng nhất đối với hầu hết tất cả các sinh viên theo học ngành cơ khí. Việc tạo ra những phát triển mới có thể cạnh tranh trên thị trường quốc tế là điều không thể tưởng tượng và thực hiện được nếu không có kiến thức sâu rộng về chủ đề này.
Nghiên cứu nhiều loại nguyên liệu thô khác nhau và đặc tính của chúng là một khóa học của khoa học vật liệu. Các đặc tính khác nhau của vật liệu được sử dụng xác định trước phạm vi ứng dụng của chúng trong kỹ thuật. Cấu trúc bên trong của kim loại hoặc hợp kim composite ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.
Tính năng cơ bản
Khoa học Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Kết cấu nêu bật bốn đặc điểm quan trọng nhất của bất kỳ kim loại hoặc hợp kim nào. Trước hết, đây là những đặc điểm vật lý và cơ học để có thể dự đoán chất lượng hoạt động và công nghệ của một sản phẩm trong tương lai. Đặc tính cơ học chínhở đây là độ bền - nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng không bị phá hủy của thành phẩm dưới tác động của tải trọng công việc. Học thuyết về sự hủy diệt và sức mạnh là một trong những thành phần quan trọng nhất của khóa học cơ bản "khoa học và công nghệ vật liệu". Khoa học này tạo cơ sở lý thuyết cho việc tìm kiếm các hợp kim và thành phần cấu trúc phù hợp để sản xuất các bộ phận có đặc tính sức bền mong muốn. Các tính năng công nghệ và vận hành giúp bạn có thể dự đoán hoạt động của thành phẩm khi làm việc và tải trọng khắc nghiệt, tính toán giới hạn độ bền và đánh giá độ bền của toàn bộ cơ chế.
Nguyên liệu chính
Trong nhiều thế kỷ qua, kim loại là vật liệu chính để tạo ra máy móc và cơ chế. Vì vậy, bộ môn "khoa học vật liệu" rất chú trọng đến khoa học kim loại - khoa học về kim loại và hợp kim của chúng. Một đóng góp to lớn cho sự phát triển của nó đã được thực hiện bởi các nhà khoa học Liên Xô: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. và những người khác.
Mục tiêu Khoa học Vật liệu
Các kiến thức cơ bản của khoa học vật liệu bắt buộc phải được nghiên cứu bởi các kỹ sư tương lai. Sau cùng, mục đích chính của việc đưa môn học này vào chương trình giảng dạy là để dạy sinh viên kỹ thuật lựa chọn vật liệu phù hợp cho các sản phẩm được chế tạo để kéo dài tuổi thọ sử dụng của chúng.
Đạt được mục tiêu này sẽ giúp các kỹ sư tương lai giải quyết các vấn đề sau:
- Đánh giá chính xác các đặc tính kỹ thuật của vật liệu bằng cách phân tích các điều kiện sản xuấtsản phẩm và cuộc sống hữu ích của nó.
- Để có những ý tưởng khoa học được hình thành tốt về khả năng thực sự cải thiện bất kỳ tính chất nào của kim loại hoặc hợp kim bằng cách thay đổi cấu trúc của nó.
- Biết về tất cả các cách để làm cứng vật liệu có thể đảm bảo độ bền và hiệu suất của các công cụ và sản phẩm.
- Có kiến thức cập nhật về các nhóm vật liệu chính được sử dụng, đặc tính của các nhóm này và phạm vi.
Kiến thức cần thiết
Khóa học "Khoa học Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Kết cấu" dành cho những sinh viên đã hiểu và có thể giải thích ý nghĩa của các đặc tính như ứng suất, tải trọng, biến dạng dẻo và đàn hồi, trạng thái tập hợp của vật chất, nguyên tử- cấu tạo tinh thể của kim loại, các loại liên kết hóa học, tính chất vật lý cơ bản của kim loại. Trong quá trình học tập, sinh viên được đào tạo cơ bản, điều này sẽ hữu ích cho họ để chinh phục các ngành hồ sơ. Các khóa học nâng cao hơn bao gồm các quy trình và công nghệ sản xuất khác nhau, trong đó khoa học và công nghệ vật liệu đóng một vai trò quan trọng.
Ai làm việc?
Kiến thức về các tính năng thiết kế và đặc tính kỹ thuật của kim loại và hợp kim sẽ hữu ích cho một nhà công nghệ, kỹ sư hoặc nhà thiết kế làm việc trong lĩnh vực vận hành máy móc và cơ chế hiện đại. Các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ vật liệu mới có thể tìm thấy nơi làm việc của họ trong lĩnh vực kỹ thuật, ô tô, hàng không,công nghiệp năng lượng và vũ trụ. Gần đây, đã có sự thiếu hụt các chuyên gia có bằng tốt nghiệp về khoa học và công nghệ vật liệu trong ngành công nghiệp quốc phòng và trong lĩnh vực phát triển truyền thông.
Phát triển khoa học vật liệu
Là một chuyên ngành riêng biệt, khoa học vật liệu là một ví dụ về khoa học ứng dụng điển hình giải thích thành phần, cấu trúc và tính chất của các kim loại khác nhau và hợp kim của chúng trong các điều kiện khác nhau.
Khả năng chiết xuất kim loại và tạo ra các hợp kim khác nhau đã được một người có được trong thời kỳ phân hủy của hệ thống công xã nguyên thủy. Nhưng với tư cách là một ngành khoa học riêng biệt, khoa học vật liệu và công nghệ vật liệu bắt đầu được nghiên cứu cách đây hơn 200 năm. Đầu thế kỷ 18 là thời kỳ khám phá ra của nhà bách khoa người Pháp Réaumur, người đầu tiên cố gắng nghiên cứu cấu trúc bên trong của kim loại. Các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện bởi nhà sản xuất người Anh Grignon, người vào năm 1775 đã viết một báo cáo ngắn về cấu trúc cột mà ông phát hiện ra, cấu trúc này được hình thành trong quá trình đông đặc của sắt.
Ở Đế quốc Nga, các công trình khoa học đầu tiên trong lĩnh vực luyện kim thuộc về M. V. Lomonosov, người trong sách hướng dẫn của ông đã cố gắng giải thích ngắn gọn bản chất của các quy trình luyện kim khác nhau.
Khoa học kim loại đã đạt được một bước tiến lớn vào đầu thế kỷ 19, khi các phương pháp mới để nghiên cứu các vật liệu khác nhau được phát triển. Năm 1831, các công trình của P. P. Anosov cho thấy khả năng kiểm tra kim loại dưới kính hiển vi. Sau đó, một số nhà khoa học của một số nước đã chứng minh một cách khoa họcbiến đổi cấu trúc trong kim loại trong quá trình làm lạnh liên tục của chúng.
Một trăm năm sau, kỷ nguyên của kính hiển vi quang học đã không còn tồn tại. Công nghệ vật liệu kết cấu không thể tạo ra những khám phá mới nếu sử dụng các phương pháp lỗi thời. Quang học đã được thay thế bằng điện tử. Khoa học kim loại bắt đầu sử dụng các phương pháp quan sát điện tử, cụ thể là nhiễu xạ nơtron và nhiễu xạ điện tử. Với sự trợ giúp của những công nghệ mới này, có thể tăng tiết diện của kim loại và hợp kim lên đến 1000 lần, có nghĩa là có nhiều cơ sở hơn cho các kết luận khoa học.
Thông tin lý thuyết về cấu trúc của vật liệu
Trong quá trình học tập, sinh viên được học các kiến thức lý thuyết về cấu tạo bên trong của kim loại và hợp kim. Vào cuối khóa học, học viên phải có được các kỹ năng và khả năng sau:
- về cấu trúc tinh thể bên trong của kim loại;
- về tính dị hướng và đẳng hướng. Nguyên nhân gây ra những thuộc tính này và chúng có thể bị ảnh hưởng như thế nào;
- về các khuyết tật khác nhau trong cấu trúc của kim loại và hợp kim;
- về các phương pháp nghiên cứu cấu trúc bên trong của vật liệu.
Nghiên cứu thực tế trong lĩnh vực khoa học vật liệu
Khoa khoa học vật liệu có ở mọi trường đại học kỹ thuật. Trong quá trình của một khóa học nhất định, sinh viên nghiên cứu các phương pháp và công nghệ sau:
Cơ bản về luyện kim - lịch sử và các phương pháp sản xuất hợp kim kim loại hiện đại. Sản xuất sắt thép trong lò cao hiện đại. Đổ thép và gang, các phương pháp nâng cao chất lượng sản phẩmsản xuất luyện kim. Phân loại và đánh dấu thép, các đặc tính kỹ thuật và vật lý của nó. Luyện kim loại màu và hợp kim của chúng, sản xuất nhôm, đồng, titan và các kim loại màu khác. Thiết bị được sử dụng
- Những điều cơ bản của khoa học vật liệu bao gồm nghiên cứu quá trình sản xuất xưởng đúc, trạng thái hiện tại của nó, các sơ đồ công nghệ chung để sản xuất vật đúc.
- Lý thuyết về biến dạng dẻo, sự khác nhau giữa biến dạng nguội và nóng, gia công cứng là gì, bản chất của phương pháp dập nóng, dập nguội, phạm vi ứng dụng của vật liệu dập.
- Rèn: bản chất của quá trình này và các thao tác chính. Sản phẩm cán là gì và nó được sử dụng ở đâu, những thiết bị cần thiết để cán và kéo. Các thành phẩm thu được như thế nào khi sử dụng các công nghệ này và chúng được sử dụng ở đâu.
- Sản xuất hàn, đặc điểm chung và triển vọng phát triển của nó, phân loại các phương pháp hàn cho các vật liệu khác nhau. Các quy trình hóa lý để có được mối hàn.
- Vật liệu tổng hợp. Chất dẻo. Phương pháp thu nhận, đặc điểm chung. Phương pháp làm việc với vật liệu composite. Triển vọng ứng dụng.
Sự phát triển hiện đại của khoa học vật liệu
Gần đây, khoa học vật liệu đã nhận được một động lực mạnh mẽ để phát triển. Nhu cầu về vật liệu mới khiến các nhà khoa học nghĩ đến việc thu được kim loại tinh khiết và siêu tinh khiết, công việc đang được tiến hành để tạo ranguyên liệu khác nhau theo đặc điểm tính toán ban đầu. Công nghệ vật liệu kết cấu hiện đại cho thấy việc sử dụng các chất mới thay vì các chất kim loại tiêu chuẩn. Cần chú ý hơn đến việc sử dụng nhựa, gốm sứ, vật liệu composite có các thông số độ bền tương thích với các sản phẩm kim loại, nhưng không có nhược điểm của chúng.
