วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่สำคัญที่สุดสำหรับนักเรียนเกือบทุกคนที่กำลังเรียนวิศวกรรมเครื่องกล การสร้างการพัฒนาใหม่ที่สามารถแข่งขันในตลาดต่างประเทศเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการและนำไปใช้โดยปราศจากความรู้อย่างละเอียดในเรื่องนี้
ศึกษาช่วงของวัตถุดิบต่างๆ และคุณสมบัติของวัตถุดิบคือหลักสูตรวัสดุศาสตร์ คุณสมบัติต่างๆ ของวัสดุที่ใช้เป็นตัวกำหนดช่วงการใช้งานในด้านวิศวกรรมล่วงหน้า โครงสร้างภายในของโลหะหรือโลหะผสมคอมโพสิตส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
คุณสมบัติพื้นฐาน
Materials Science and Structural Materials Technology เน้นสี่ลักษณะที่สำคัญที่สุดของโลหะหรือโลหะผสมใดๆ ประการแรก คุณลักษณะเหล่านี้เป็นลักษณะทางกายภาพและทางกลที่ทำให้สามารถคาดการณ์คุณภาพการทำงานและเทคโนโลยีของผลิตภัณฑ์ในอนาคตได้ คุณสมบัติทางกลหลักนี่คือความแข็งแกร่ง - มันส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการทำลายล้างของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปภายใต้อิทธิพลของภาระงาน หลักคำสอนเรื่องการทำลายล้างและความแข็งแกร่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของหลักสูตรพื้นฐาน "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี" วิทยาศาสตร์นี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีในการค้นหาโลหะผสมที่มีโครงสร้างและส่วนประกอบที่เหมาะสมสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีลักษณะความแข็งแรงที่ต้องการ คุณสมบัติทางเทคโนโลยีและการปฏิบัติงานทำให้สามารถคาดการณ์พฤติกรรมของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปภายใต้การทำงานและการรับน้ำหนักมาก คำนวณขีดจำกัดความแข็งแรง และประเมินความทนทานของกลไกทั้งหมด
วัสดุหลัก
ในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมา โลหะเป็นวัตถุดิบหลักในการสร้างเครื่องจักรและกลไก ดังนั้นสาขาวิชา "วัสดุศาสตร์" จึงให้ความสนใจอย่างมากกับวิทยาศาสตร์โลหะ - ศาสตร์แห่งโลหะและโลหะผสม นักวิทยาศาสตร์โซเวียตมีส่วนร่วมอย่างมากในการพัฒนา: Anosov P. P., Kurnakov N. S., Chernov D. K. และอื่นๆ
เป้าหมายวิทยาศาสตร์วัสดุ
วิศวกรจะต้องศึกษาพื้นฐานของวัสดุศาสตร์ในอนาคต ท้ายที่สุด จุดประสงค์หลักของการรวมวินัยนี้ในหลักสูตรคือการสอนให้นักศึกษาวิศวกรรมเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมเพื่อยืดอายุการใช้งาน
การบรรลุเป้าหมายนี้จะช่วยให้วิศวกรในอนาคตแก้ไขปัญหาต่อไปนี้:
- ประเมินคุณสมบัติทางเทคนิคของวัสดุอย่างถูกต้องโดยการวิเคราะห์เงื่อนไขการผลิตผลิตภัณฑ์และอายุการใช้งาน
- เพื่อให้มีแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่มีรูปแบบที่ดีเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะหรือโลหะผสมโดยการเปลี่ยนโครงสร้าง
- รู้เกี่ยวกับวิธีการชุบแข็งวัสดุที่สามารถรับประกันความทนทานและประสิทธิภาพของเครื่องมือและผลิตภัณฑ์
- มีความรู้ล่าสุดเกี่ยวกับกลุ่มวัสดุหลักที่ใช้ คุณสมบัติของกลุ่มเหล่านี้ และขอบเขต
ความรู้ที่จำเป็น
หลักสูตร "วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุโครงสร้าง" มีไว้สำหรับนักเรียนที่เข้าใจและสามารถอธิบายความหมายของคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความเค้น โหลด การเสียรูปของพลาสติกและความยืดหยุ่น สถานะของการรวมตัวของสสาร อะตอม- โครงสร้างผลึกของโลหะ ชนิดของพันธะเคมี สมบัติทางกายภาพพื้นฐานของโลหะ ในกระบวนการศึกษา นักเรียนจะได้รับการฝึกขั้นพื้นฐาน ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อพวกเขาในการพิชิตสาขาวิชาต่างๆ หลักสูตรขั้นสูงเพิ่มเติมครอบคลุมกระบวนการผลิตและเทคโนโลยีต่างๆ ซึ่งวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีมีบทบาทสำคัญ
ใครทำงาน
ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติการออกแบบและลักษณะทางเทคนิคของโลหะและโลหะผสมจะเป็นประโยชน์ต่อนักเทคโนโลยี วิศวกร หรือนักออกแบบที่ทำงานด้านการทำงานของเครื่องจักรและกลไกที่ทันสมัย ผู้เชี่ยวชาญในสาขาเทคโนโลยีวัสดุใหม่สามารถหางานทำในด้านวิศวกรรม, ยานยนต์, การบิน,อุตสาหกรรมพลังงานและอวกาศ เมื่อเร็ว ๆ นี้มีปัญหาการขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญที่มีประกาศนียบัตรด้านวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศและในด้านการพัฒนาการสื่อสาร
การพัฒนาวัสดุศาสตร์
วัสดุศาสตร์เป็นตัวอย่างของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ทั่วไปที่อธิบายองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของโลหะต่างๆ และโลหะผสมภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน
บุคคลได้มาซึ่งความสามารถในการแยกโลหะและผลิตโลหะผสมต่างๆ ในช่วงระยะเวลาของการสลายตัวของระบบชุมชนดั้งเดิม แต่เมื่อแยกเป็นวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีวัสดุเริ่มมีการศึกษาเมื่อ 200 กว่าปีที่แล้วเล็กน้อย ต้นศตวรรษที่ 18 เป็นช่วงเวลาแห่งการค้นพบโดย Réaumur นักสารานุกรมชาวฝรั่งเศส ซึ่งเป็นคนแรกที่พยายามศึกษาโครงสร้างภายในของโลหะ การศึกษาที่คล้ายกันนี้ดำเนินการโดย Grignon ผู้ผลิตชาวอังกฤษ ซึ่งในปี 1775 ได้เขียนรายงานสั้นๆ เกี่ยวกับโครงสร้างเสาที่เขาค้นพบ ซึ่งก่อตัวขึ้นในระหว่างการแข็งตัวของเหล็ก
ในจักรวรรดิรัสเซีย ผลงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกในด้านโลหะวิทยาเป็นของ M. V. Lomonosov ซึ่งในคู่มือของเขาได้พยายามอธิบายสั้นๆ ถึงสาระสำคัญของกระบวนการทางโลหะวิทยาต่างๆ
โลหะวิทยาก้าวกระโดดครั้งใหญ่เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการพัฒนาวิธีการใหม่ในการศึกษาวัสดุต่างๆ ในปี ค.ศ. 1831 ผลงานของ P. P. Anosov แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการตรวจสอบโลหะด้วยกล้องจุลทรรศน์ หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์หลายคนจากหลายประเทศได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้วการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในโลหะระหว่างการหล่อเย็นอย่างต่อเนื่อง
หนึ่งร้อยปีต่อมา ยุคของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลได้หยุดลงแล้ว เทคโนโลยีของวัสดุโครงสร้างไม่สามารถค้นพบสิ่งใหม่ ๆ โดยใช้วิธีการที่ล้าสมัย เลนส์ถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิทยาศาสตร์โลหะเริ่มหันไปใช้วิธีสังเกตทางอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเลี้ยวเบนของนิวตรอนและการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ สามารถเพิ่มส่วนของโลหะและโลหะผสมได้ถึง 1,000 เท่า ซึ่งหมายความว่ามีเหตุผลมากขึ้นสำหรับข้อสรุปทางวิทยาศาสตร์
ข้อมูลเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของวัสดุ
ในกระบวนการศึกษาวินัย นักศึกษาจะได้รับความรู้เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของโลหะและโลหะผสม เมื่อจบหลักสูตร นักเรียนควรได้รับทักษะและความสามารถดังต่อไปนี้:
- เกี่ยวกับโครงสร้างผลึกภายในของโลหะ
- เกี่ยวกับแอนไอโซโทรปีและไอโซโทรปี อะไรทำให้เกิดคุณสมบัติเหล่านี้และจะมีอิทธิพลอย่างไร
- เกี่ยวกับข้อบกพร่องต่าง ๆ ในโครงสร้างของโลหะและโลหะผสม
- เกี่ยวกับวิธีการศึกษาโครงสร้างภายในของวัสดุ
ภาคปฏิบัติในสาขาวิชาวัสดุศาสตร์
ภาควิชาวัสดุศาสตร์มีอยู่ในมหาวิทยาลัยเทคนิคทุกแห่ง ในระหว่างหลักสูตรที่กำหนด นักเรียนจะศึกษาวิธีการและเทคโนโลยีต่อไปนี้:
พื้นฐานของโลหะวิทยา - ประวัติศาสตร์และวิธีการที่ทันสมัยในการผลิตโลหะผสม การผลิตเหล็กและเหล็กกล้าในเตาหลอมเหล็กสมัยใหม่ การเทเหล็กและเหล็กหล่อ วิธีการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์การผลิตทางโลหะวิทยา การจำแนกและการทำเครื่องหมายของเหล็ก ลักษณะทางเทคนิคและทางกายภาพของเหล็ก การถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะผสม การผลิตอะลูมิเนียม ทองแดง ไททาเนียม และโลหะนอกกลุ่มเหล็กอื่นๆ อุปกรณ์ที่ใช้
- พื้นฐานของวัสดุศาสตร์รวมถึงการศึกษาการผลิตโรงหล่อ สถานะปัจจุบัน แผนเทคโนโลยีทั่วไปสำหรับการผลิตการหล่อ
- ทฤษฎีการเสียรูปของพลาสติก อะไรคือความแตกต่างระหว่างการเสียรูปแบบเย็นและแบบร้อน การแข็งตัวของงานคืออะไร สาระสำคัญของการปั๊มร้อน วิธีการปั๊มเย็น ช่วงของการใช้วัสดุปั๊มขึ้นรูป
- การตีขึ้นรูป: แก่นแท้ของกระบวนการนี้และการดำเนินการหลัก ผลิตภัณฑ์กลิ้งคืออะไรและใช้ที่ไหนอุปกรณ์ใดบ้างที่จำเป็นสำหรับการกลิ้งและการวาด วิธีการรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปโดยใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ และใช้ที่ใด
- การผลิตงานเชื่อม ลักษณะทั่วไปและแนวโน้มการพัฒนา การจำแนกวิธีการเชื่อมสำหรับวัสดุต่างๆ กระบวนการทางเคมีกายภาพสำหรับการเชื่อม
- วัสดุคอมโพสิต. พลาสติก วิธีการได้มาลักษณะทั่วไป วิธีการทำงานกับวัสดุคอมโพสิต โอกาสในการสมัคร
การพัฒนาวัสดุศาสตร์สมัยใหม่
เมื่อเร็ว ๆ นี้ วัสดุศาสตร์ได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังต่อการพัฒนา ความต้องการวัสดุใหม่ทำให้นักวิทยาศาสตร์นึกถึงการได้มาซึ่งโลหะบริสุทธิ์และโลหะที่บริสุทธิ์มาก งานนี้กำลังดำเนินการเพื่อสร้างวัตถุดิบต่างๆ ตามลักษณะการคำนวณเบื้องต้น เทคโนโลยีสมัยใหม่ของวัสดุโครงสร้างแนะนำการใช้สารใหม่แทนสารโลหะมาตรฐาน ให้ความสำคัญกับการใช้พลาสติก เซรามิก วัสดุคอมโพสิตที่มีพารามิเตอร์ความแข็งแรงที่เข้ากันได้กับผลิตภัณฑ์โลหะ แต่ไม่มีข้อเสีย