La ciencia y la tecnología de materiales es una de las disciplinas más importantes para casi todos los estudiantes de ingeniería mecánica. La creación de nuevos desarrollos que puedan competir en el mercado internacional es imposible de imaginar e implementar sin un conocimiento profundo de este tema.
Estudiar la gama de diversas materias primas y sus propiedades es el curso de la ciencia de los materiales. Varias propiedades de los materiales utilizados predeterminan el rango de su aplicación en ingeniería. La estructura interna de una aleación metálica o compuesta afecta directamente la calidad del producto.
Características básicas
Ciencia de materiales y tecnología de materiales estructurales destaca las cuatro características más importantes de cualquier metal o aleación. En primer lugar, estas son características físicas y mecánicas que permiten predecir las cualidades operativas y tecnológicas de un producto futuro. La principal propiedad mecánica.aquí está la fuerza: afecta directamente la indestructibilidad del producto terminado bajo la influencia de las cargas de trabajo. La doctrina de la destrucción y la fuerza es uno de los componentes más importantes del curso básico "ciencia y tecnología de materiales". Esta ciencia constituye la base teórica para encontrar las aleaciones y los componentes estructurales adecuados para la fabricación de piezas con las características de resistencia deseadas. Las características tecnológicas y operativas permiten predecir el comportamiento del producto terminado bajo cargas extremas y de trabajo, calcular los límites de resistencia y evaluar la durabilidad de todo el mecanismo.
Materiales principales
Durante los últimos siglos, el metal ha sido el principal material para la creación de máquinas y mecanismos. Por lo tanto, la disciplina "ciencia de los materiales" presta gran atención a la ciencia de los metales, la ciencia de los metales y sus aleaciones. Los científicos soviéticos hicieron una gran contribución a su desarrollo: Anosov PP, Kurnakov N. S., Chernov D. K. y otros.
Objetivos de la ciencia de los materiales
Los futuros ingenieros deben estudiar los fundamentos de la ciencia de los materiales. Después de todo, el objetivo principal de incluir esta disciplina en el plan de estudios es enseñar a los estudiantes de ingeniería a elegir correctamente el material de los productos de ingeniería para prolongar su vida útil.
Alcanzar este objetivo ayudará a los futuros ingenieros a resolver los siguientes problemas:
- Evaluar correctamente las propiedades técnicas de un material analizando las condiciones de fabricaciónproducto y su vida útil.
- Tener ideas científicas bien formadas sobre las posibilidades reales de mejorar cualquier propiedad de un metal o aleación cambiando su estructura.
- Conozca todas las formas de endurecer los materiales que pueden garantizar la durabilidad y el rendimiento de las herramientas y los productos.
- Tener un conocimiento actualizado de los principales grupos de materiales utilizados, las propiedades de estos grupos y el alcance.
Conocimientos necesarios
El curso "Ciencia de materiales y tecnología de materiales estructurales" está destinado a aquellos estudiantes que ya comprenden y pueden explicar el significado de características tales como tensión, carga, deformación plástica y elástica, estado de agregación de la materia, átomo- estructura cristalina de los metales, tipos de enlaces químicos, propiedades físicas básicas de los metales. En el proceso de estudio, los estudiantes pasan por una formación básica, que les será útil para conquistar las disciplinas del perfil. Los cursos más avanzados cubren varios procesos y tecnologías de fabricación, en los que la ciencia y la tecnología de materiales juegan un papel importante.
¿Quién trabaja?
El conocimiento de las características de diseño y las características técnicas de los metales y aleaciones será útil para un tecnólogo, ingeniero o diseñador que trabaje en el campo de operación de máquinas y mecanismos modernos. Los especialistas en el campo de la tecnología de nuevos materiales pueden encontrar su lugar de trabajo en ingeniería, automoción, aviación,Industria energética y espacial. Recientemente, ha habido una escasez de especialistas con un diploma en ciencia y tecnología de materiales en la industria de la defensa y en el campo del desarrollo de las comunicaciones.
Desarrollo de la ciencia de los materiales
Como disciplina separada, la ciencia de los materiales es un ejemplo de una ciencia aplicada típica que explica la composición, la estructura y las propiedades de varios metales y sus aleaciones en diferentes condiciones.
La capacidad de extraer metal y hacer varias aleaciones fue adquirida por una persona durante el período de descomposición del primitivo sistema comunal. Pero como ciencia separada, la ciencia de materiales y la tecnología de materiales comenzaron a estudiarse hace poco más de 200 años. El comienzo del siglo XVIII es el período de los descubrimientos del enciclopedista francés Réaumur, quien fue el primero en intentar estudiar la estructura interna de los metales. Estudios similares fueron realizados por el fabricante inglés Grignon, quien en 1775 escribió un breve informe sobre la estructura columnar que descubrió, que se forma durante la solidificación del hierro.
En el Imperio Ruso, los primeros trabajos científicos en el campo de la metalurgia pertenecieron a M. V. Lomonosov, quien en su manual trató de explicar brevemente la esencia de varios procesos metalúrgicos.
La ciencia de los metales dio un gran s alto a principios del siglo XIX, cuando se desarrollaron nuevos métodos para estudiar diversos materiales. En 1831, los trabajos de P. P. Anosov mostraron la posibilidad de examinar los metales bajo un microscopio. Después de eso, varios científicos de varios países demostraron científicamentetransformaciones estructurales en los metales durante su enfriamiento continuo.
Cien años después, la era de los microscopios ópticos ha dejado de existir. La tecnología de los materiales estructurales no podía hacer nuevos descubrimientos utilizando métodos obsoletos. La óptica ha sido reemplazada por la electrónica. La ciencia de los metales comenzó a recurrir a métodos electrónicos de observación, en particular, la difracción de neutrones y la difracción de electrones. Con la ayuda de estas nuevas tecnologías, es posible aumentar las secciones de metales y aleaciones hasta 1000 veces, lo que significa que hay muchas más bases para conclusiones científicas.
Información teórica sobre la estructura de los materiales
En el proceso de estudio de la disciplina, los estudiantes reciben conocimientos teóricos sobre la estructura interna de metales y aleaciones. Al finalizar el curso, los estudiantes deberán haber adquirido las siguientes habilidades y destrezas:
- sobre la estructura cristalina interna de los metales;
- sobre anisotropía e isotropía. Qué causa estas propiedades y cómo pueden verse influenciadas;
- sobre diversos defectos en la estructura de metales y aleaciones;
- sobre métodos de estudio de la estructura interna del material.
Estudios prácticos en la disciplina de la ciencia de los materiales
El departamento de ciencia de los materiales está disponible en todas las universidades técnicas. Durante el transcurso de un curso dado, el estudiante estudia los siguientes métodos y tecnologías:
Fundamentos de la metalurgia: historia y métodos modernos de producción de aleaciones metálicas. Producción de acero y hierro en altos hornos modernos. Colado de acero y fundición, métodos para mejorar la calidad del producto.producción metalúrgica. Clasificación y marcado del acero, sus características técnicas y físicas. Fundición de metales no ferrosos y sus aleaciones, producción de aluminio, cobre, titanio y otros metales no ferrosos. Equipo utilizado
- Los conceptos básicos de la ciencia de los materiales incluyen el estudio de la producción de fundición, su estado actual, esquemas tecnológicos generales para producir piezas fundidas.
- Teoría de la deformación plástica, cuál es la diferencia entre la deformación en frío y en caliente, qué es el endurecimiento por trabajo, la esencia del estampado en caliente, los métodos de estampado en frío, el rango de aplicación de los materiales de estampado.
- Forja: la esencia de este proceso y las principales operaciones. ¿Qué son los productos rodantes y dónde se usa, qué equipo se requiere para rodar y estirar? Cómo se obtienen los productos terminados usando estas tecnologías y dónde se usan.
- Producción de soldadura, sus características generales y perspectivas de desarrollo, clasificación de métodos de soldadura para diversos materiales. Procesos físico-químicos para la obtención de soldaduras.
- Materiales compuestos. Plástica. Métodos de obtención, características generales. Métodos de trabajo con materiales compuestos. Prospectos de aplicación.
Desarrollo moderno de la ciencia de los materiales
Recientemente, la ciencia de los materiales ha recibido un poderoso impulso para el desarrollo. La necesidad de nuevos materiales hizo pensar a los científicos en la obtención de metales puros y ultrapuros, se está trabajando para crearvarias materias primas de acuerdo con las características calculadas inicialmente. La tecnología moderna de materiales estructurales sugiere el uso de nuevas sustancias en lugar de las estándar de metal. Se presta más atención al uso de plásticos, cerámicas, materiales compuestos que tienen parámetros de resistencia que son compatibles con los productos metálicos, pero que carecen de sus desventajas.
