Ciência e Tecnologia de Materiais é uma das disciplinas mais importantes para quase todos os alunos que estudam engenharia mecânica. A criação de novos empreendimentos que possam competir no mercado internacional é impossível de imaginar e implementar sem um conhecimento profundo do assunto.
Estudar a variedade de várias matérias-primas e suas propriedades é o curso da ciência dos materiais. Várias propriedades dos materiais utilizados predeterminam o alcance de sua aplicação na engenharia. A estrutura interna de um metal ou liga composta afeta diretamente a qualidade do produto.
Funções Básicas
Ciência de Materiais e Tecnologia de Materiais Estruturais destaca as quatro características mais importantes de qualquer metal ou liga. Em primeiro lugar, são características físicas e mecânicas que permitem prever as qualidades operacionais e tecnológicas de um produto futuro. A principal propriedade mecânicaaqui está a força - afeta diretamente a indestrutibilidade do produto acabado sob a influência das cargas de trabalho. A doutrina da destruição e da força é um dos componentes mais importantes do curso básico "ciência e tecnologia de materiais". Esta ciência forma a base teórica para encontrar as ligas e componentes estruturais corretos para a fabricação de peças com as características de resistência desejadas. Características tecnológicas e operacionais permitem prever o comportamento do produto acabado sob cargas de trabalho e extremas, calcular os limites de resistência e avaliar a durabilidade de todo o mecanismo.
Materiais Principais
Durante os últimos séculos, o metal tem sido o principal material para a criação de máquinas e mecanismos. Portanto, a disciplina "ciência dos materiais" presta muita atenção à ciência dos metais - a ciência dos metais e suas ligas. Uma grande contribuição para o seu desenvolvimento foi feita por cientistas soviéticos: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. e outros.
Metas da Ciência de Materiais
Os fundamentos da ciência dos materiais devem ser estudados por futuros engenheiros. Afinal, o objetivo principal de incluir essa disciplina no currículo é ensinar os alunos de engenharia a fazer a escolha certa do material para os produtos de engenharia a fim de prolongar sua vida útil.
Atingir esse objetivo ajudará os futuros engenheiros a resolver os seguintes problemas:
- Avaliar corretamente as propriedades técnicas de um material analisando as condições de fabricaçãoproduto e sua vida útil.
- Ter ideias científicas bem formadas sobre as possibilidades reais de melhorar quaisquer propriedades de um metal ou liga alterando sua estrutura.
- Conheça todas as formas de endurecimento de materiais que podem garantir a durabilidade e o desempenho de ferramentas e produtos.
- Tenha conhecimento atualizado dos principais grupos de materiais utilizados, as propriedades desses grupos e a abrangência.
Conhecimento necessário
A disciplina "Ciência dos Materiais e Tecnologia dos Materiais Estruturais" destina-se aos alunos que já compreendem e podem explicar o significado de características como tensão, carga, deformação plástica e elástica, estado de agregação da matéria, estrutura cristalina dos metais, tipos de ligações químicas, propriedades físicas básicas dos metais. No processo de estudo, os alunos passam por uma formação básica, que lhes será útil para conquistar as disciplinas de perfil. Os cursos mais avançados abrangem vários processos e tecnologias de fabricação, nos quais a ciência e a tecnologia de materiais desempenham um papel significativo.
Quem trabalha?
O conhecimento das características de projeto e características técnicas de metais e ligas será útil para um tecnólogo, engenheiro ou projetista que trabalha no campo de operação de máquinas e mecanismos modernos. Especialistas na área de tecnologia de novos materiais podem encontrar seu local de trabalho em engenharia, automotivo, aviação,indústria de energia e espaço. Recentemente, tem havido uma escassez de especialistas com diploma em ciência e tecnologia de materiais na indústria de defesa e na área de desenvolvimento de comunicações.
Desenvolvimento da ciência dos materiais
Como uma disciplina separada, a ciência dos materiais é um exemplo de uma típica ciência aplicada que explica a composição, estrutura e propriedades de vários metais e suas ligas sob diferentes condições.
A capacidade de extrair metal e fazer várias ligas foi adquirida por uma pessoa durante o período de decomposição do sistema comunal primitivo. Mas como uma ciência separada, a ciência dos materiais e a tecnologia dos materiais começaram a ser estudadas há pouco mais de 200 anos. O início do século XVIII é o período das descobertas do enciclopedista francês Réaumur, que foi o primeiro a tentar estudar a estrutura interna dos metais. Estudos semelhantes foram realizados pelo fabricante inglês Grignon, que em 1775 escreveu um breve relato sobre a estrutura colunar que descobriu, que se forma durante a solidificação do ferro.
No Império Russo, os primeiros trabalhos científicos no campo da metalurgia pertenceram a M. V. Lomonosov, que em seu manual tentou explicar brevemente a essência de vários processos metalúrgicos.
A ciência do metal deu um grande s alto no início do século 19, quando novos métodos para estudar vários materiais foram desenvolvidos. Em 1831, os trabalhos de P. P. Anosov mostraram a possibilidade de examinar metais ao microscópio. Depois disso, vários cientistas de vários países provaram cientificamentetransformações estruturais em metais durante seu resfriamento contínuo.
Cem anos depois, a era dos microscópios ópticos deixou de existir. A tecnologia de materiais estruturais não poderia fazer novas descobertas usando métodos ultrapassados. A óptica foi substituída pela eletrônica. A ciência do metal começou a recorrer a métodos eletrônicos de observação, em particular, difração de nêutrons e difração de elétrons. Com a ajuda dessas novas tecnologias, é possível aumentar as seções de metais e ligas em até 1000 vezes, o que significa que há muito mais fundamentos para conclusões científicas.
Informações teóricas sobre a estrutura dos materiais
No processo de estudo da disciplina, os alunos recebem conhecimentos teóricos sobre a estrutura interna de metais e ligas. No final do curso, os alunos deverão ter adquirido as seguintes competências e capacidades:
- sobre a estrutura cristalina interna dos metais;
- sobre anisotropia e isotropia. O que causa essas propriedades e como elas podem ser influenciadas;
- sobre vários defeitos na estrutura de metais e ligas;
- sobre métodos de estudo da estrutura interna do material.
Estudos práticos na disciplina de ciência dos materiais
O departamento de ciência dos materiais está disponível em todas as universidades técnicas. Durante o curso de um determinado curso, o aluno estuda os seguintes métodos e tecnologias:
Fundamentos da metalurgia - história e métodos modernos de produção de ligas metálicas. Produção de aço e ferro em altos-fornos modernos. Derramamento de aço e ferro fundido, métodos para melhorar a qualidade do produtoprodução metalúrgica. Classificação e marcação do aço, suas características técnicas e físicas. Fundição de metais não ferrosos e suas ligas, produção de alumínio, cobre, titânio e outros metais não ferrosos. Equipamento usado
- Os fundamentos da ciência dos materiais incluem o estudo da produção de fundição, seu estado atual, esquemas tecnológicos gerais para a produção de peças fundidas.
- Teoria da deformação plástica, qual é a diferença entre deformação a frio e a quente, o que é endurecimento, a essência da estampagem a quente, métodos de estampagem a frio, a gama de aplicação dos materiais de estampagem.
- Forjamento: a essência deste processo e as principais operações. O que são produtos de laminação e onde são usados, quais equipamentos são necessários para laminação e trefilação. Como os produtos acabados são obtidos usando essas tecnologias e onde elas são usadas.
- Produção de soldagem, suas características gerais e perspectivas de desenvolvimento, classificação de métodos de soldagem para diversos materiais. Processos físico-químicos para obtenção de soldas.
- Materiais compostos. Plásticos. Métodos de obtenção, características gerais. Métodos de trabalho com materiais compósitos. Perspectivas de candidatura.
Desenvolvimento moderno da ciência dos materiais
Recentemente, a ciência dos materiais recebeu um poderoso impulso para o desenvolvimento. A necessidade de novos materiais fez os cientistas pensarem em obter metais puros e ultrapuros, estão em andamento trabalhos para criarvárias matérias-primas de acordo com as características inicialmente calculadas. A tecnologia moderna de materiais estruturais sugere o uso de novas substâncias em vez de metal padrão. Mais atenção é dada ao uso de plásticos, cerâmicas, materiais compósitos que possuem parâmetros de resistência compatíveis com produtos metálicos, mas desprovidos de suas desvantagens.
