Směr „Nauka o materiálech a technologie materiálů. Nauka o materiálech a technologie materiálů Obor: nauka o materiálech a technologie vyhlídek materiálů
![Směr „Nauka o materiálech a technologie materiálů. Nauka o materiálech a technologie materiálů Obor: nauka o materiálech a technologie vyhlídek materiálů](https://i0.wp.com/ok-t.ru/img/baza5/LR-MATERIALOVEDENIE-1382960527.files/image037.jpg)
Ministerstvo školství Běloruské republiky
BĚLORUSKÝ NÁRODNÍ
TECHNICKÁ UNIVERZITA
Katedra informačních a měřicích zařízení a technologií
LABORATORNÍ PRÁCE
(PŘÍPADOVÁ STUDIE)
Podle disciplíny
"Materiálová věda a technologie materiálů"
Část 1
Minsk 2003 Úvod
V průběhu studia předmětu „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ spolu s přednáškami a praktickými cvičeními hraje důležitou roli laboratorní praxe. Bez zvládnutí dovedností využití analýzy chování materiálů za různých podmínek není možná cílená syntéza nových materiálů a jejich rozumné využití v praxi.
Absolvování laboratorních prací vám umožní upevnit teoretické principy hlavních oborů materiálové vědy, seznámit se s moderními metodami vědeckého výzkumu a analyzovat získané experimentální výsledky. V důsledku toho můžete provést malou, plně dokončenou vědeckou studii.
Učebnice (1. část) obsahuje laboratorní práce reflektující studium základních fyzikálních a chemických vlastností konstrukčních materiálů a jejich struktury.
Zvláštností prezentovaného materiálu je přítomnost poměrně rozsáhlé teoretické části, která umožňuje studentům samostatně se připravovat na hodiny. V příručce je uveden seznam doplňkové literatury, která usnadní podrobnější studium děl.
Účelem příručky je seznámit se s různými kovovými i nekovovými konstrukčními materiály používanými při výrobě nástrojů a získat jasné představy o rozmanitosti fyzikálních a chemických jevů vyskytujících se v materiálech za různých podmínek při jejich syntéze a provozu. .
Po ukončení laboratorní práce je vypracována zpráva, která obsahuje:
1) titulní strana;
2) základní teoretické principy;
3) postup při provádění práce s prezentací výsledků ve formě tabulek a grafických závislostí;
4) analýza získaných výsledků a závěry. Při provádění laboratorních prací je nutné přísně dodržovat bezpečnostní požadavky.
Laboratoř práce #1
STUDIE STRUKTURY KOVŮ A JEJICH SLITIN
Cíl práce: studovat stavový diagram železo-uhlík, seznámit se s mikrostrukturou slitin železo-uhlík (oceli a litiny), práškové kompozitní materiály.
Teoretická část
Při změně koncentrace složek ve slitinách a také při jejich ochlazování nebo zahřívání (za stálého vnějšího tlaku) dochází u těchto slitin k významným fázovým a strukturním změnám, které lze jednoznačně vysledovat pomocí diagramy stavy, které jsou grafickým znázorněním stavu slitin. Diagramy jsou konstruovány pro rovnovážný stav slitin. Rovnováha Stát- stabilní stav, který se v čase nemění a vyznačuje se minimem volné energie systému.
Fázové diagramy jsou obvykle konstruovány experimentálně. K jejich konstrukci se používá tepelná metoda. Používá se k získání ochlazovacích křivek pro slitiny. Ze zastavení a průhybů na těchto křivkách, způsobených tepelnými účinky přeměn, se určují teploty samotných přeměn. Pomocí fázových diagramů se zjišťují teploty tání a polymorfních přeměn ve slitinách, kolik fází a které fáze jsou přítomny ve slitině daného složení při dané teplotě a také kvantitativní poměr těchto fází ve slitině. Studium přeměn v pevném stavu zahrnuje kromě tepelné metody studium mikrostruktury pomocí optických a elektronových mikroskopů, rentgenovou difrakční analýzu, studium fyzikálních vlastností slitin atd.
U binárních slitin se teplota zobrazuje vertikálně a koncentrace složek vodorovně. Každý bod na ose x odpovídá určitému obsahu jedné a další složky, přičemž se bere v úvahu, že celkový obsah složek v každém bodě této osy odpovídá 100 %.
S rostoucím množstvím jedné složky slitiny se tedy musí snižovat obsah druhé složky ve slitině.
Typ fázového diagramu je určen charakterem interakcí, které probíhají mezi složkami slitin v kapalném a pevném stavu. Předpokládá se, že v kapalném stavu je mezi složkami neomezená rozpustnost, tzn. tvoří homogenní kapalný roztok (taveninu). V pevném stavu mohou složky tvořit mechanické směsi čistých složek, neomezené pevné roztoky, omezené pevné roztoky, stabilní chemické sloučeniny, nestabilní chemické sloučeniny a také podléhat polymorfním přeměnám.
Mechanické směsi vznikají, pokud se prvky, které tvoří slitinu, při tuhnutí z kapalného stavu v sobě nerozpouštějí a neinteragují. Struktura směsi je heterogenní těleso. Tenký řez ukazuje krystality různých složek tvořících mechanickou směs. Chemická analýza také identifikuje různé složky. Rozlišují se dva typy krystalových mřížek.
Pevný řešení- fáze, ve kterých si jedna ze složek (rozpouštědlo) zachovává svou krystalovou mřížku a atomy ostatních (rozpuštěných) složek se nacházejí v její mřížce, čímž ji deformují. Chemická analýza pevného roztoku ukazuje přítomnost dvou prvků a rentgenová difrakce ukazuje jeden typ mřížky rozpouštědla. Struktura je homogenní zrna. Pokud mají obě složky stejný typ krystalových mřížek a jejich atomové průměry se neliší o více než 8 - 15 %, pak je možná neomezená rozpustnost (například zlato a stříbro).
Chemické sloučeniny vznikají, když prvky, které tvoří slitinu, na sebe vzájemně působí. Strukturou jsou homogenní pevné látky. Vlastnosti chemických sloučenin se liší od vlastností prvků, které je tvoří. Mají konstantní bod tání. Krystalová mřížka chemické sloučeniny se liší od mřížek původních složek. V chemické sloučenině je zachován určitý poměr atomů prvků, tzn. existuje chemický vzorec sloučeniny.
Stavový diagram systému železo-uhlík
Železo a jeho slitiny s uhlíkem
Polymorfismus je vlastnost látky nebo materiálu měnit svou krystalovou mřížku se změnami teploty, Krystalové formy α-Fe a... Uhlík je nekovový prvek. V přírodě se vyskytuje ve formě dvou... Za normálních podmínek se uhlík nachází ve formě modifikace grafitu s šestihrannou vrstevnatou mřížkou. Úprava...Staňte se
Staňte se- slitiny železo-uhlík obsahující až 2,14 % uhlíku. Kromě toho slitina obvykle obsahuje mangan, křemík, síru a fosfor. Některé prvky mohou být zavedeny speciálně pro zlepšení fyzikálních a chemických vlastností (legující prvky).
Podle struktury oceli se dělí na:
1) hypoeutektoidní obsahující až 0,8 % uhlíku (složení P+P);
2) eutektoidní oceli obsahující 0,8 % uhlíku (P);
3) hypereutektoidní obsahující více než 0,8 % uhlíku (P+sec.C).
Tečka D - eutektoidní bod(při chlazení vzniká z austenitu mechanická směs feritu a cementitu). K eutektoidní přeměně nedochází z kapaliny, ale z pevného roztoku.
Podle chemického složení se rozlišují uhlíkové a legované oceli. Ve své řadě uhlíkové oceli může být:
1) nízkouhlíkové (obsah uhlíku menší než 0,25 %);
2) středně uhlíkaté (obsah uhlíku je 0,25 - 0,60 %);
3) s vysokým obsahem uhlíku, ve kterém koncentrace uhlíku přesahuje 0,60 %.
Legované oceli rozdělen na:
1) nízkolegované - obsah legujících prvků do 2,5 %;
2) středně legované- t- 2,5 až 10 % legujících prvků;
3) vysoce legované – obsahují přes 10 % legujících prvků.
Podle účelu oceli jsou:
1) konstrukční, určené pro karoserie a strojírenské výrobky;
2) instrumentální, ze kterého se vyrábí řezací, měřicí, razicí a další nástroje. Tyto oceli obsahují
více než 0,65 % uhlíku;
3) se speciálními fyzikálními vlastnostmi, například s určitými magnetickými charakteristikami nebo nízkým koeficientem lineární roztažnosti (elektroocel, Invar);
4) se speciálními chemickými vlastnostmi, například nerezové, žáruvzdorné nebo žáruvzdorné oceli.
V závislosti na obsahu škodlivých nečistot(sírové a fosforové) oceli se dělí na:
1. Ocel běžné jakosti, obsah do 0,06 % síry a
až 0,07 % fosforu.
2. Vysoce kvalitní - až 0,035 % síry a fosforu každý zvlášť.
3. Vysoká kvalita - do 0,025 % síry a fosforu.
4. Zvláště kvalitní, do 0,025 % fosforu a do 0,0] 5 % síry.
Podle stupně odstranění kyslíku z oceli, tzn. Podle stupně jeho dezoxidace se rozlišují:
1) klidná ocel, tzn. zcela deoxidovaný, označený písmeny „sp“ na konci značky;
2) varné oceli - mírně dezoxidované, označené písmeny "kp";
3) polotiché oceli, zaujímající mezilehlou polohu mezi předchozími dvěma; jsou označeny písmeny "ps".
V závislosti na normovaných ukazatelích (pevnost v tahu σ, poměrné prodloužení δ%, mez kluzu δt, ohyb za studena) je ocel každé skupiny rozdělena do kategorií, které jsou označeny arabskými číslicemi.
Běžná kvalitní ocel označované písmeny "St" a konvenčním číslem značky (od 0 do 6) v závislosti na chemickém složení a mechanických vlastnostech. Čím vyšší je obsah uhlíku a pevnostní vlastnosti oceli, tím vyšší je její číslo. Pro označení kategorie oceli se k označení značky na konci přidává číslo odpovídající kategorii, první kategorie se většinou neuvádí.
Například: St1kp2 - uhlíková ocel běžné jakosti, varná, jakost č. 1, druhá kategorie, dodávaná spotřebitelům na základě mechanických vlastností (skupina A).
Kvalitní oceli označeno takto: na začátku značky uveďte obsah uhlíku v setinách procenta pro oceli,
Například: ST45 - vysoce kvalitní uhlíková ocel, klidná, obsahuje 0,45% C.
U7 - uhlíková nástrojová ocel, vysoce jakostní ocel, s obsahem 0,7 % C, klidná (všechny nástrojové oceli jsou dobře dezoxidované).
Legující prvky obsažené v oceli jsou označeny ruskými písmeny: A - dusík, K - kobalt, T - titan, B - niob, M - molybden, F - vanad, B - wolfram, N - nikl, X - chrom, G - mangan , P - fosfor, D - měď, C - křemík.
Pokud je za písmenem označujícím legující prvek číslo, pak udává obsah tohoto prvku v procentech. Pokud zde není žádné číslo, pak ocel obsahuje 0,8 - 1,5 % legujícího prvku.
Například: 14G2 - nízkolegovaná vysoce kvalitní ocel, klidná, obsahuje přibližně 14% uhlíku a až 2,0% manganu.
OZH16N15MZB - vysoce legovaná kvalitní ocel, klidná ocel obsahuje 0,03 % C, 16,0 % Cr, 15,0 % Ni, do 3,0 % Mo, do 1,0 % Nb.
Kvalitní a hlavně kvalitní oceli jsou označeny stejným způsobem jako vysoce kvalitní, ale na konec jakostní oceli dávají písmeno A (toto písmeno uprostřed označení značky označuje přítomnost dusíku speciálně zavedeného do oceli), a po zvláště kvalitní třídě je písmeno „Ш“ odděleno pomlčkou.
Například: U8A - vysoce kvalitní uhlíková nástrojová ocel s obsahem 0,8 % uhlíku;
ZOKHGS-Sh je zvláště vysoce kvalitní středně legovaná ocel obsahující 0,30 % uhlíku a od 0,8 do 1,5 % chromu, manganu a křemíku.
Některé skupiny ocelí jsou označovány poněkud odlišně.
Oceli na kuličková ložiska jsou označeny písmeny „ШХ“, za nimiž je obsah chrómu uveden v desetinách procenta (ШХ6).
Rychlořezné oceli (směsně legované) jsou označeny písmenem „P“, číslo následující za ním udává procento wolframu v nich (P18).
Automatické oceli jsou označeny písmenem „A“ a číslem udávajícím průměrný obsah uhlíku v setinách procenta (A12).
Litina
Litina se nazývají slitiny železa a uhlíku obsahující více než 2,14 % uhlíku. Obsahují stejné nečistoty jako ocel, ale ve větším množství.
Litiny, na rozdíl od ocelí, úplná krystalizace s tvorbou eutektika, mají nízkou schopnost plastické deformace a vysoké licí vlastnosti.
Podle stavu uhlíku v litině jsou:
1) litina, ve které je veškerý uhlík ve vázaném stavu ve formě karbidu (bílá litina);
2) litina, ve které je uhlík z velké části nebo zcela ve volném stavu ve formě grafitu (šedá, vysokopevnostní, temperovaná litina).
Bílá litina neobsahuje grafit, veškerý uhlík je vázán v cementitu Fe 3 C. Bílá litina se podle obsahu uhlíku dělí na:
1) hypoeutektický - obsah uhlíku do 4,3 %. Struktura se skládá z perlitu, sekundárního cementitu a ledeburitu;
2) eutektikum - obsah uhlíku 4,3 %. Struktura se skládá z ledeburitu;
3) hypereutektický - obsah uhlíku více než 4,3%. Struktura se skládá z ledeburitu a primárního cementitu.
Tečka C - eutektikum. K eutektické přeměně dochází z kapaliny. Výsledné eutektikum se nazývá ledeburit. V bodě C koexistují tři fáze současně v rovnováze: tekutá tavenina, austenit a cementit.
Šedá litina obsahují uhlík ve volném stavu ve formě deskovitého grafitu. Pod mikroskopem bude grafit pozorován ve formě tmavých zakřivených pruhů na světlém pozadí. Ve srovnání s kovovou základnou má grafit nízkou pevnost. Jeho umístění lze považovat za diskontinuity. Šedá litina má špatné mechanické vlastnosti při zkouškách v tahu. Šedá litina má však také řadu výhod: umožňuje získat levné odlitky a má dobré odlévací vlastnosti. obrobitelnost, vysoké tlumicí vlastnosti.
Šedá litina je označena dvěma písmeny SC a dvěma čísly odpovídajícími minimální hodnotě pevnosti v tahu v MPa.
Například: SCh10 - šedá litina s pevností v tahu 100 MPa.
Jak se grafitové vměstky zaoblují, jejich negativní role jako řezy v kovové základně klesá a mechanické vlastnosti litiny se zvyšují. Zaoblený tvar grafitu je dosažen úpravou. Při použití hořčíku jako modifikátoru v množství do 0,5% se získá vysokopevnostní litina.
Tvárná litina obsahuje uhlík ve volném stavu ve formě vměstků kulového grafitu. Pod mikroskopem jsou na světlém pozadí pozorována zaoblená tmavá zrna různých velikostí. Kritické díly jsou vyrobeny z vysoce pevné litiny. Vysokopevnostní litina je označena písmeny HF a číslem charakterizujícím hodnotu pevnosti v tahu.
Například: HF 35 - vysokopevnostní litina s pevností v tahu 350 MPa.
Kujné železo obsahuje uhlík ve volném stavu ve formě vločkovitého grafitu. Temperovaná litina se získává z bílé litiny grafitizačním žíháním (dlouhodobé žíhání při teplotě 1000°C). Pod mikroskopem je na světlém pozadí pozorována flokulentní fáze.
Temperovaná litina je označena písmeny KCH a dvěma čísly: první je pevnost v tahu, druhé je relativní tažnost.
Například: KCh 35-10 - temperovaná litina s pevností v tahu 350 MPa a relativní tažností 10 %.
Mikrostrukturu litiny tvoří kovová základna a grafitové vměstky. Vlastnosti litiny závisí na vlastnostech kovové základny a charakteru grafitových vměstků.
Kovová základna může být:
1) perlit (tmavý podklad pod mikroskopem);
2) ferit-perlit (střídání světlých a tmavých oblastí pod mikroskopem);
3) feritické (světelná základna pod mikroskopem).
Struktura kovové základny určuje tvrdost litiny.
Grafitizace je proces srážení grafitu během krystalizace nebo chlazení slitin železa a uhlíku. Grafitizace je difúzní proces a probíhá pomalu. Proces grafitizace se skládá z několika fází:
1) tvorba středů, grafitizace;
2) difúze atomů uhlíku do grafitizačních center;
3) růst ložisek grafitu.
Kompozitní materiály získané tímto způsobem
Prášková metalurgie
Technologický postup výroby výrobků z prášků zahrnuje: získávání prášků, přípravu vsázky, formování, spékání, horké... Při formování obrobků z prášků určitého chemického složení...Studium struktury slitiny
Studium struktury slitin v této práci je prováděno pomocí optického mikroskopu. Obraz se tvoří v odraženém světle. Pro mikroanalýzu se zhotovují vzorky s leštěným povrchem -... Výsledkem rozboru je tvar vměstků, jejich velikost, rozložení, množství grafitu, legující prvky,...experimentální část
1. Pomocí mikroskopických vzorků práškových materiálů prozkoumejte a graficky znázorněte strukturu materiálů pod mikroskopem. Porovnejte strukturu s popisem v albu.
2. Pomocí vzorků mikrořezů ocelí a pomocného alba s fotografiemi prostudujte a graficky znázorněte jejich strukturu. Stanovte obsah uhlíku ve vzorcích a fázové složení pomocí fázového diagramu uvedeného v teoretické části.
3. Pomocí mikroskopických vzorků litiny a pomocného alba s fotografiemi prostudujte a graficky znázorněte jejich strukturu. Určete typ litiny, tvar grafitových vměstků a typ kovové základny. Určete obsah uhlíku v bílé litině. Pomocí fázového diagramu určete fázové složení bílé litiny.
4. Prostudujte si fázový diagram železo-uhlík. Identifikujte čáry likvidu, čáry solidu, eutektoidní a eutektické body, čáry fázových přechodů, body tání železa, cementitu atd.
5. Na základě výsledků provedené práce formulujte závěry.
Laboratorní práce č. 2,
STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ
KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY
Cíl práce: studovat mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů a metody hodnocení vlastností.
Teoretická část
Mechanické vlastnosti materiálů závisí na typu napjatosti (vzniklé ve vzorcích při zkoušení), podmínkách a charakteru zatěžování, rychlosti, teplotě a stavu vnějšího prostředí. Účelem mechanického zkoušení materiálů je přesně stanovit ty nebo jiné vlastnosti nebo jejich kombinace, které budou nejúplněji charakterizovat spolehlivost provozu příslušných výrobků za daných provozních podmínek. Soubor takových mechanických vlastností lze nazvat strukturální pevností.
Jako hodnotící kritéria se berou různé kombinace mechanických vlastností. Rozlišují se následující skupiny kritérií:
1. Hodnocení pevnostních vlastností materiálů, určovaných často a nezávisle na vlastnostech výrobků z nich vyrobených a podmínkách jejich provozu. Obvykle se tyto pevnostní vlastnosti určují za podmínek v tahu při statickém zatížení.
2. Posuzování vlastností materiálů přímo souvisejících s provozními podmínkami výrobků a stanovení jejich trvanlivosti a spolehlivosti.
3. Odhady pevnosti konstrukce jako celku zjištěné při zkušebních a provozních zkouškách.
První dvě skupiny kritérií pro posuzování vlastností jsou pak stanoveny na vzorcích
jako poslední - na hotových dílech a konstrukcích.
Mezi hlavní mechanické vlastnosti materiálů patří:
1) síla- schopnost materiálu odolávat destrukci při zatížení;
2) plastický- schopnost materiálu nevratně změnit tvar a velikost bez destrukce při zatížení;
3) křehkost- schopnost materiálu zbortit se bez ochranné absorpce energie;
4) viskozita- schopnost materiálu nevratně absorbovat mechanickou energii až do okamžiku destrukce;
5) pružnost- schopnost materiálu obnovit svůj tvar a velikost po odstranění zátěže;
6) tvrdost- schopnost materiálu odolávat pronikání jiného tělesa do něj v povrchové vrstvě.
Diagram napětí
Sestrojení diagramu napětí-deformace je hlavním cílem tahových zkoušek. Pro tyto testy se používají válcové vzorky z... Zóna OA se nazývá elastická zóna (po odstranění zátěže Rpts vzorek...Stanovení tvrdosti materiálů
Tvrdost- schopnost materiálu odolávat deformaci v povrchové vrstvě při lokálních kontaktních vlivech.
Výhody zkoušení tvrdosti
2. Měření tvrdosti pomocí techniky je mnohem jednodušší než stanovení pevnosti (nevyžaduje speciální vzorky, provádí se... 3. Měření tvrdosti nemá za následek zničení zkoušeného dílu a... 4. Tvrdost lze měřit na dílech malé tloušťky i v tenkých vrstvách.Stanovení tvrdosti podle Mohsovy stupnice
se sklem, čepelí nože atd., jak je uvedeno v tabulce. 2.1. Tabulka 2.1experimentální část
1. Zkoušky tahem.
1.1. Získejte válcové vzorky oceli testované na tah.
1.2. Pomocí posuvného měřítka proveďte potřebná měření délek a průměrů vzorků. Zadejte údaje do tabulky 2.2.
Tabulka 2.2
1.3. Určete hlavní mechanické vlastnosti, a to pevnost materiálu v tahu, poměrné prodloužení a poměrné smrštění pomocí vzorců uvedených v teoretické části práce.
1.4. Sestrojte tahový diagram ocelových obrazů v P-Δl souřadnicích.
1.5. Seznamte se s tahovými diagramy různých konstrukčních materiálů poskytnutými učitelem, zvýrazněte hlavní zóny a určete mechanické vlastnosti.
2. Stanovení tvrdosti materiálů.
2.1. Stanovení tvrdosti podle Brinella:
a) zkušební vzorek se položí na stůl tvrdoměru;
b) stanovit velikost zatěžovací síly a dobu trvání zatížení;
c) otiskněte vzorek, spusťte stolek přístroje, odeberte vzorek;
d) pomocí mikroskopu změřte průměr výsledného tisku a vypočítejte tvrdost podle Brinella.
2.2. Stanovení tvrdosti podle Vickerse:
a) určit délky úhlopříček otisku na vzorku upevněném na stolku mikroskopu;
2.3. Studium vlivu obsahu uhlíku v oceli na její tvrdost;
a) změřit průměry vtisků získaných vzorků pro oceli ST20, ST45, U8;
b) určit hodnoty tvrdosti podle Brinella pomocí referenčních tabulek;
c) sestrojte grafickou závislost tvrdosti na obsahu uhlíku a vysvětlete ji.
3. Na základě výsledků práce formulujte závěry.
Laboratorní práce č. 3
STUDIUM PROCESU KRYSTALIZACE MATERIÁLŮ
Cíl práce: studovat vlastnosti krystalizačního procesu materiálů na příkladu solí a kovů, určit* vliv různých faktorů na strukturu krystalizovaného materiálu, seznámit se s metodami termické analýzy.
Teoretická část
Jakákoli látka může být v jednom ze tří stavů agregace: pevné, kapalné a plynné. K přechodu z jednoho stavu do druhého dochází při určité teplotě, která se nazývá teplota tání, krystalizace, varu nebo sublimace.
Pevná krystalická tělesa mají pravidelnou strukturu, ve které jsou atomy a ionty umístěny v uzlech krystalových mřížek (tzv. řád krátkého dosahu) a jednotlivé buňky a bloky jsou vůči sobě určitým způsobem orientovány (dlouhé - pořadí rozsahu). V kapalinách se určitá orientace nevztahuje na celý objem, ale pouze na malý počet atomů, které tvoří relativně stabilní skupiny, případně fluktuace (short-range order). S klesající teplotou se zvyšuje stabilita kolísání a vykazují schopnost růstu.
S rostoucí teplotou pevné látky se zvyšuje pohyblivost atomů v místech mřížky, zvyšuje se amplituda vibrací a když dosáhne
Při určité teplotě, nazývané bod tání, se mřížka zhroutí a vytvoří kapalnou fázi.
Opačný obraz je pozorován při ochlazení kapaliny (taveniny) a jejím následném tuhnutí. Při ochlazení se pohyblivost atomů snižuje a v blízkosti bodu tání vznikají skupiny atomů, ve kterých jsou atomy zabaleny jako v krystalech. Tyto skupiny jsou centry krystalizace nebo zárodky, na kterých následně roste vrstva krystalů. Po dosažení teploty „tavení-tuhnutí“ se opět vytvoří krystalová mřížka a kov přejde do pevného stavu. Přechod kovu z kapaliny na pevnou látku při určité teplotě se nazývá krystalizace.
Charakteristická jsou krystalická tělesa anizotropie- závislost vlastností na směru. Amorfní tělesa (např. sklo) jsou izotropní- jejich vlastnosti nezávisí na směru.
Uvažujme termodynamické podmínky krystalizace. Energetický stav jakéhokoli systému je charakterizován určitou rezervou vnitřní energie, která se skládá z energie pohybu molekul, atomů atd. Volná energie je ta složka vnitřní energie, kterou lze za izotermických podmínek přeměnit na práci. Množství volné energie se mění se změnami teploty, táním, polymorfními přeměnami atd.
Podle druhého termodynamického zákona má každý systém tendenci k minimální hodnotě volné energie. Jakýkoli spontánně probíhající proces nastává pouze tehdy, je-li nový stav stabilnější, tzn. má méně volné energie. Například míč má tendenci se kutálet po nakloněné rovině, čímž se snižuje jeho volná energie. Spontánní návrat míče po nakloněné rovině je nemožný, protože by to zvýšilo jeho volnou energii.
Proces krystalizace se řídí stejným zákonem. Kov tuhne, pokud má pevné skupenství méně volné energie, a taje, pokud má kapalné skupenství méně volné energie. Změna volné energie kapalného a pevného skupenství se změnami teploty je znázorněna na Obr. 3.1. Teplotní změny volné energie jsou různé pro kapalné a pevné skupenství hmoty.
Rýže. 3.1. Podmínky termodynamické krystalizace
Rozlišuje se mezi teoretickou a skutečnou teplotou krystalizace.
T 0 je teoretická nebo rovnovážná krystalizační teplota, při které F kapalina = F pevná látka. Při této teplotě je existence kovu v kapalném i pevném stavu stejně pravděpodobná. Skutečná krystalizace začne, když je tento proces termodynamicky prospěšný systému, za podmínky ΔF = F l - F pevná látka, což vyžaduje určité přechlazení. Teplota, při které prakticky dochází ke krystalizaci, se nazývá skutečná teplota krystalizace T cr. Rozdíl mezi teoretickou a skutečnou teplotou krystalizace se nazývá stupeň podchlazení:AT = To - T kr. Čím větší je stupeň přechlazení ΔT, čím větší je rozdíl ve volných energiích ΔF, tím intenzivnější bude krystalizace.
Stejně jako tuhnutí vyžaduje přechlazení k dosažení skutečné krystalizační teploty, tavení vyžaduje přehřátí k dosažení skutečné teploty tání.
Mechanismus krystalizačního procesu
1) nukleace krystalizačních center; 2) růst krystalů z těchto center. Při teplotách blízkých teplotě tuhnutí se v tekutém kovu tvoří malé skupiny atomů, takže...Tepelná analýza
Rýže. 3.5. Typy chladicích křivek Když krystalizuje čistý prvek, odvod tepla, ke kterému dochází v důsledku chlazení, je kompenzován teplem...Struktura ingotu z měkké oceli
Schéma struktury tichého ocelového ingotu je na Obr. 3.7. Struktura ingotu se skládá ze tří zón: vnější jemnozrnná zóna 1, sloupcová zóna... Obr. 3.7. Struktura kovového ingotuexperimentální část
1. Proveďte tepelnou analýzu kovu.
1.1. Zapněte pec, ve které je umístěn vzorek kovu.
1.2. Zahřejte (roztavte) vzorek na teplotu určenou laborantem.
1.3. Měřte údaje z měřicího zařízení každých 60 sekund. Naměřené hodnoty se převádějí pomocí kalibrační tabulky.
1.4. Po dosažení konečné teploty experimentu vypněte pec a proveďte proces chlazení (krystalizaci) kovu.
1.5. Měřte údaje z měřicího zařízení každých 60 sekund.
1.6. Sestrojte křivky vytápění a chlazení v souřadnicích
„teplota - čas“ na jednom grafu.
1.7. Určete kritické body agregačních transformací a
stupeň podchlazení.
2. Prostudujte si krystalizační proces na příkladu solí kovů.
2.1. Naneste kapky nasycených solných roztoků na podložní sklíčko a umístěte na stolek mikroskopu.
2.2. Zvažte a graficky znázorněte struktury solí získaných po určité době během procesu přirozeného odpařování vody. Určete druhy krystalických útvarů, sled vzniku zón, jejich počet.
3. Na základě experimentálních výsledků formulujte závěry.
Laboratorní práce č. 4
VÝZKUM TEPELNÝCH VLASTNOSTÍ
KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY
cílová práce: studium termofyzikálních vlastností materiálů. Určete teplotní koeficient lineární roztažnosti slitiny.
Teoretická část
Řada přístrojových odvětví vyžaduje použití materiálů s přísně regulovanými tepelnými vlastnostmi.Mezi hlavní termofyzikální vlastnosti patří: tepelná odolnost, mrazuvzdornost, tepelná vodivost, tepelná odolnost, tepelná kapacita, tepelná roztažnost.
Odolnost vůči teplu označuje schopnost materiálů spolehlivě odolávat zvýšeným teplotám (krátkodobě nebo po dobu srovnatelnou s běžnou dobou provozu) bez poškození a bez přijatelného zhoršení dalších prakticky důležitých vlastností. Velikost tepelného odporu se posuzuje podle odpovídajících teplotních hodnot, při kterých se objevily změny vlastností (například elektrické vlastnosti pro anorganická dielektrika). Tepelná odolnost organických dielektrik je často určena počátkem mechanické deformace. Pokud je zhoršení vlastností zjištěno až po delším vystavení zvýšeným teplotám – v důsledku pomalu probíhajících chemických procesů, pak se jedná o tzv. tepelné stárnutí materiálu. Kromě vlivu teploty mohou rychlost stárnutí významně ovlivnit: zvýšený tlak vzduchu, koncentrace kyslíku,
různá chemická činidla atd.
U řady křehkých materiálů (sklo, keramika) je důležitá odolnost proti náhlým změnám teploty - tepelným impulsům. Schopnost odolávat teplotním změnám je tzv odolnost vůči teplu. Při rychlém zahřátí nebo ochlazení povrchu materiálu v důsledku vytvoření teplotního rozdílu mezi vnější a vnitřní vrstvou materiálu a nerovnoměrné tepelné roztažnosti nebo smrštění se mohou tvořit trhliny. Tepelný odpor se posuzuje počtem tepelných cyklů, které vzorek materiálu vydržel bez znatelné změny vlastností.
Na základě zkoušek se zjišťuje odolnost materiálu vůči tepelným vlivům a tato odolnost nemusí být v různých případech stejná. Například materiál, který snadno odolá krátkodobému zahřátí na určitou teplotu, se může ukázat jako nestabilní s ohledem na tepelné stárnutí při dlouhodobém vystavení i nižší teplotě, nebo materiál, který vydrží dlouhodobé zahřívání na vysokou, konstantní teplotu. při rychlém ochlazení může teplota prasknout a změnit své vlastnosti. Někdy může být nutné provést zkoušku za zvýšené teploty se současným vystavením zvýšené vlhkosti vzduchu (tropické klima).
Je-li zařízení navrženo pro provoz při nízkých teplotách, je důležitá jeho mrazuvzdornost - schopnost materiálu spolehlivě odolávat nízkým teplotám např. od -60°C a níže, bez poškození a bez nepřijatelného zhoršení dalších prakticky důležitých vlastností. Při nízkých teplotách se zpravidla zlepšují elektrické vlastnosti izolačních materiálů, avšak mnoho materiálů, za normálních teplot pružných a elastických, při nízkých teplotách velmi křehne a tuhne, což vede k nespolehlivému provozu.
Všechny pevné látky jsou schopny vést teplo do jednoho nebo druhého stupně. Některé jsou horší, jiné lepší. Tepelná vodivost je vlastnost materiálů vést teplo z více zahřátých částí těla do méně zahřátých, což vede k vyrovnání teploty.
V zásadě existují následující způsoby přenosu tepelné energie v hmotě:
1) záření- všechna tělesa, bez ohledu na jejich teplotu, vyzařují energii. Může se jednat o čistě tepelný jev (tepelné záření) a
luminiscence (fosforescence a fluorescence), která je netepelného původu;
2) proudění- přímý přenos tepla spojený s pohybem kapalin a plynů;
3) tepelná vodivost- přenos tepla v důsledku interakce atomů nebo molekul látky. U pevných látek se přenos tepelné energie provádí především touto metodou.
Fourierův základní zákon tepelné vodivosti říká, že hustota tepelného toku je úměrná teplotnímu gradientu. Zákon platí pro izotropní tělesa (vlastnosti nezávisí na směru). Anizotropní pevné látky se vyznačují koeficienty tepelné vodivosti ve směru hlavních os.
V obecném případě je tepelná vodivost v pevných látkách prováděna dvěma mechanismy - pohybem proudových nosičů (hlavně elektronů) a elastickými tepelnými vibracemi atomů mřížky. Hliník, zlato, měď a stříbro mají maximální koeficient tepelné vodivosti. Krystaly se složitější mřížkovou strukturou mají nižší tepelnou vodivost, protože míra disipace tepelně elastických vln je tam větší. Snížení tepelné vodivosti je pozorováno i při tvorbě tuhých roztoků, protože v tomto případě se objevují další centra rozptylu tepelných vln. U heterofázových (vícefázových) slitin je součinitel tepelné vodivosti součtem tepelných vodivostí výsledných fází. Tepelná vodivost sloučenin je vždy výrazně nižší než tepelná vodivost složek, které je tvoří.
Tepelná kapacita- jedná se o vlastnost látky samotné, nezávisí na strukturních vlastnostech konkrétního produktu, jeho poréznosti a hustotě, velikosti krystalů a dalších faktorech. Tepelná kapacita je množství tepla odpovídající změně teploty jednotkového množství látky o 1°C.
Teplotní roztažnost- zvětšení objemu a lineárních rozměrů těles se změnou teploty. Je charakteristická téměř pro všechny materiály.
Přestože síla vazebných sil v pevné látce je velmi vysoká, existují možnosti pro pohyb elementárních částic (atomů, iontů). Jak v amorfních tělesech, tak v krystalických, atomy vibrují blízko středu rovnováhy.
V tomto případě se amplituda kmitů zvyšuje s rostoucí teplotou. Praxe ukazuje, že měrný objem většiny látek roste s rostoucí teplotou, tzn. dochází k tepelné roztažnosti. Fenomén tepelné roztažnosti však není spojen se zvýšením amplitudy vibračního pohybu atomů, ale s jeho anharmonicitou. Pro pochopení podstaty jevu je nutné uvažovat silovou interakci při vzniku chemické vazby mezi atomy a také závislost potenciální energie systému na meziatomové vzdálenosti. Jakýkoli typ chemické vazby zahrnuje rovnováhu přitažlivých a odpudivých sil mezi atomy. Když se atomy přiblíží k sobě, zpočátku dominují přitažlivé síly. Přiblížení atomů k určité hranici snižuje energii systému, tzn. poskytuje mu větší stabilitu. V dostatečně malé meziatomové vzdálenosti se však objevují odpudivé síly, které brání dalšímu přiblížení atomů. Účinek těchto sil se zvyšuje s klesající meziatomovou vzdáleností, což odpovídá nárůstu energie systému. Při určité hodnotě meziatomové vzdálenosti se síly odpuzování a přitažlivosti vyrovnají, načež další přiblížení vyžaduje použití vnější síly, která odpovídá kladným hodnotám výsledné síly F res.
Rýže. 4.1. Schéma silové interakce mezi
opačně nabité částice
Potenciální jáma se vyznačuje silně výraznou asymetrií. Řekněme, že při určité teplotě má vibrující atom určitou energii. V tomto případě osciluje vzhledem ke středu a vychyluje se střídavě „doleva-doprava“. Od posunů z polohy
rovnováha musí být shodná, pak nárůst energie soustavy způsobí posunutí středu kmitů podél osy meziatomové vzdálenosti. Průměrná vzdálenost mezi atomy se tedy zvyšuje s rostoucí teplotou, což odpovídá tepelné roztažnosti tělesa.
Jev tepelné roztažnosti pevných látek je tedy založen na neharmoničnosti vibračního pohybu jejích atomů, a na míře odchylky tepelných vibrací od harmonického zákona, tzn. velikost tepelné roztažnosti tělesa je do značné míry dána mírou asymetrie potenciální studny. U látek s iontovou vazbou se potenciálová jáma zpravidla vyznačuje výraznou šířkou a asymetrií. Tato skutečnost rozhoduje o výrazném nárůstu průměrných meziatomových vzdáleností při jejich zahřívání, nebo o výrazné tepelné roztažnosti iontových sloučenin.
Naopak u látek s převážně kovalentní vazbou (boridy, nitridy, karbidy) má potenciálová jáma tvar hrotité prohlubně, a proto je její stupeň symetrie vyšší. Proto je zvětšení vzdálenosti mezi atomy při zahřívání relativně malé, což odpovídá jejich relativně malé tepelné roztažnosti. Kovy mají zpravidla zvýšenou tepelnou roztažnost, protože kovové vazby jsou obecně slabší než iontové a kovalentní vazby. A konečně, organické polymery se vyznačují velmi velkou expanzí při zahřívání v důsledku slabých van der Waalsových sil působících mezi molekulami, zatímco silné kovalentní síly působí uvnitř molekul.
Kvantitativně se tepelná roztažnost materiálů odhaduje pomocí následujících hodnot:
1. Teplotní koeficient lineární roztažnosti při dané teplotě (TCLE), odpovídající relativnímu prodloužení vzorku s nekonečně malou změnou teploty.
2. Teplotní koeficient objemové roztažnosti, který charakterizuje trojrozměrnou roztažnost látky.
Důležitým praktickým důsledkem je potřeba použít data TCLE získaná ve specifickém teplotním rozsahu, ve kterém materiál pracuje. Teplotní koeficienty nelze porovnávat
expanze materiálů měřená při různých teplotách.
U izotropních materiálů (krystaly s kubickou mřížkou, sklo) je koeficient tepelné roztažnosti ve všech směrech stejný. Většina krystalických látek je však anizotropních (expanze je různá podél různých os). Nejvýrazněji se tento jev projevuje např. u vrstvených materiálů (grafit), kdy mají chemické vazby výraznou směrovost. V důsledku toho je expanze grafitu podél vrstvy mnohem menší než kolmá k ní. U některých podobných materiálů se silně výraznou anizotropií může být hodnota LTEC v jednom ze směrů dokonce negativní. Například kordierit 2MgO 2A1 2 O 3 5SiO 2, ve kterém je při tepelné roztažnosti pozorována expanze krystalů podél jedné osy a komprese podél druhé osy, což odpovídá konvergenci vrstev struktury. Tento jev se využívá v technice; V poli a krystalickém materiálu vede chaotické rozložení krystalů k vzájemné orientaci jejich pozitivní a negativní expanze. Výsledkem je materiál s nízkou hodnotou TCLE, vyznačující se velmi vysokou tepelnou odolností. Zároveň u takových materiálů může na hranicích zrn vznikat významná napětí, která ovlivňují jejich mechanickou pevnost. U vícefázových materiálů na rozhraní dvou stykových fází s různými koeficienty tepelné roztažnosti budou působit tlaková napětí na fázi s velkým koeficientem roztažnosti a tahová napětí budou působit na fázi s malým koeficientem tepelné roztažnosti (při zahřátí). Při chlazení se napětí mění. Při překročení kritických hodnot napětí může dojít k prasklinám a dokonce k destrukci materiálu.
TCLE je tedy vlastnost citlivá na strukturu a je citlivá na změny ve struktuře materiálu, například na přítomnost polymorfních transformací v něm. V tomto ohledu mohou být pozorovány zlomy v expanzních křivkách vícefázových materiálů a jejich monotónní charakter je narušen.
Dochází-li k rozpínání tělesa v daném teplotním rozsahu rovnoměrně, pak bude roztažnost graficky vyjádřena jako přímka (obr. 4.2.) a průměrný koeficient lineární roztažnosti bude číselně roven tangenci úhlu sklon této přímky k ose teploty, související s relativní změnou délky vzorku.
Rýže. 4.2. Rovnoměrná expanze těla při zahřátí
Expanze vzorku však neprobíhá vždy rovnoměrně. Studium charakteristik tepelné roztažnosti v různých rozsazích teplot nám také umožňuje vyvozovat nepřímé závěry o teplotě a povaze různých strukturních přeměn v materiálu. V takových případech nebude závislost tepelné roztažnosti na teplotě vyjádřena přímkou, ale složitější závislostí (obr. 4.3).
Rýže. 4.3. Nerovnoměrné roztažení tělesa při zahřátí
Pro zjištění hodnoty koeficientu roztažnosti v jednotlivých bodech expanzní křivky je třeba nakreslit tečnu k teplotní ose přes bod křivky odpovídající teplotě měření. Velikost lineárního koeficientu roztažnosti bude vyjádřena tečnou úhlu sklonu tečny k ose teploty.
Velikost tepelné roztažnosti těles při zahřívání závisí především na povaze materiálu, tzn. na jeho chemickém a mineralogickém složení, struktuře prostorové mřížky, síle chemické vazby atp. Tak,
Hodnota koeficientu tepelné roztažnosti keramiky je dána především povahou krystalické fáze, skla - chemickým složením a sklokeramiky - povahou krystalické fáze, chemickým složením zbytkového sklovitého fáze a jejich poměr.
Sklovité materiály vykazují složitou teplotní závislost roztažnosti. Zpočátku, až do tzv. teploty skelného přechodu, blízké teplotě měknutí, je expanze úměrná teplotě. Při teplotách nad teplotou skelného přechodu se rychlost protažení prudce zvyšuje. Tento úsek odpovídá přechodovému intervalu z křehkého do vysoce viskózního stavu, ve kterém probíhají procesy strukturální restrukturalizace skla a teplota skelného přechodu je považována za hranici křehkého stavu. Po dosažení maxima se tažnost začíná snižovat, což je spojeno se smršťováním vzorku skla v důsledku jeho měknutí.
TCLE je technická charakteristika materiálu a vypočítává se podle vzorce
kde l 0 je délka tělesa při počáteční teplotě T 0;
l t - délka tělesa zahřátého na teplotu T.
TCLE je změna délky se změnou teploty o 1 stupeň, vztažená k původní délce vzorku. Materiály s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti se používají jako součásti vysoce přesných přístrojů a zařízení, které by při zahřívání neměly měnit rozměry. Při pevném spojování částí zařízení, například ve spoji kov-sklo, je nutné volit materiály s podobnými hodnotami TCLE, jinak při ochlazování vzniknou na spoji částí napětí a mohou se tvořit trhliny ve spoji. křehké sklo a spoj nebude vakuově těsný. Blízkost TCLE je nutná i u vrstev mikroobvodů, které podléhají teplotním změnám při technologických operacích nebo během provozu, jinak může dojít k destrukci vrstev obvodu.
Důležitou roli při posuzování tepelného odporu materiálů hraje také koeficient tepelné roztažnosti: čím nižší TCLE, tím vyšší tepelný odpor.
Existují kovové slitiny, které se neřídí obecnými zákony tepelných vlastností. Takovými slitinami jsou slitiny železa a niklu Re-M1. Slitina obsahující 36 % niklu má hodnotu TCLE blízkou nule a nazývá se tzv invar(latinsky „nezměnitelný“).
Inženýři využívají další tepelné vlastnosti, totiž tepelný koeficient modulu pružnosti(TKMU). V každém pevném tělese, včetně kovů, je při zahřívání pozorován pokles modulu pružnosti, který je měřítkem sil meziatomových vazeb. U slitiny Fe-Ni má tato vlastnost anomální závislost: modul TKMU se zvyšuje nebo zůstává konstantní s rostoucí teplotou. Stejný invar s 36% niklu má maximum TKMU. Volba specifického chemického složení umožňuje vyvinout slitiny, jejichž TMC jsou prakticky nezávislé na teplotě. Tyto slitiny se nazývají elinvary.
K výrobě se používají oceli s určitou tepelnou roztažností termobimetaly, kdy je vrstva s nízkou tepelnou roztažností (pasivní vrstva) bezpečně spojena válcováním s další vrstvou s vyšší tepelnou roztažností (aktivní vrstva). Bimetalové desky se používají jako regulátor teploty při výrobě nástrojů.
Zahřívání takové desky vede k jejímu zakřivení, což umožňuje uzavření elektrického obvodu. Hlavní vlastností termobimetalů je teplotní citlivost- schopnost ohýbat se při změnách teploty.
Popis křemenného dilatometru používaného k měření teplotního koeficientu lineární roztažnosti
Druhý konec tyče je připojen k tyči hlavy indikátoru. Hlavice indikátoru je upevněna na kovovém stojanu. Těsného kontaktu tyče se vzorkem je dosaženo pomocí tlaku pružiny indikátoru. Při roztahování vzorek protlačí...experimentální část
1. Seznamte se s přístrojem dilatometru.
2. Vložte zkumavku obsahující vzorek bronzu do trubkové pece.
3. Zapněte troubu a kombinovaný měřič pro měření.
4. Nastavte indikátor na nulu.
5. V pravidelných intervalech (například po 20 °C) provádějte hodnoty indikátoru pomocí kalibrační tabulky.
6. Zadejte experimentální data do tabulky. 4.2.
kde α je koeficient lineární expanze;
n- stavy indikátorů;
k- cena rozdělení ukazatele;
(T 2 - T 1) - teplotní rozdíl (pokojová a konečná) pro zvolený interval;
l- počáteční dyna vzorku;
α kv - korekce na expanzi křemene.
8. Sestrojte a vysvětlete grafickou závislost prodloužení vzorku na teplotě.
9. Analyzujte výsledky získané pro bronz, což je slitina mědi a cínu, přičemž vezměte v úvahu, že α měď = 160 ·10 -7 g -1, α cín = 230 ·10 -7 g -1.
10. Seznamte se s expanzními křivkami pro nekovové materiály, zvýrazněte charakteristické zóny, vysvětlete procesy probíhající v materiálech při zahřívání.
11. Na základě výsledků práce formulujte závěry.
Laboratorní práce č. 5
METODY STUDIA PORÉZNÍCH KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ
Cíl práce: seznámit se s různými porézními materiály a technologií jejich výroby. Stanovte absorpci vody u polymerních, kompozitních a sklokeramických materiálů a proveďte srovnávací analýzu získaných výsledků.
Teoretická část
Všechny materiály mají ve větší či menší míře absorbce vody, tj. schopnost absorbovat PROTI vlhkost z okolí a propustnost vlhkosti, těch. schopnost propouštět vodu přes sebe. Atmosférický vzduch vždy obsahuje určité množství vodní páry.
Nasákavost materiálu je výrazně ovlivněna jeho strukturou a chemickou podstatou. Důležitou roli hraje přítomnost a velikost kapilárních mezer uvnitř materiálu, do kterých vlhkost proniká. Vysoce porézní materiály, zejména vláknité, mají vysokou absorpci vody. Stanovení absorpce vody zvýšením hmotnosti navlhčeného vzorku poskytuje určitou představu o schopnosti materiálu absorbovat vlhkost.
Jakýkoli porézní konstrukční materiál (kov, keramika, sklokeramika nebo polymer) je zpravidla kombinací pevné látky s dutinami - póry. Objem pórů, jejich velikosti a distribuční vzory mají významný vliv na řadu vlastností výrobků a materiálů. Například mechanická pevnost keramiky závisí nejen na celkové pórovitosti, ale také na velikosti pórů a rovnoměrnosti jejich rozložení. Není pochyb o tom, že s rostoucí pórovitostí klesá pevnost keramiky v důsledku nárůstu strukturálních defektů a poklesu pevnosti spoje.
Bylo zjištěno, že objem pórů naplněných vodou určuje mrazuvzdornost výrobků; počet, velikost a povaha distribuce pórů do značné míry určují odolnost vyzdívek pecí proti strusce; pórovitost ovlivňuje tepelnou vodivost materiálů.
Póry v materiálech mají různé tvary, obrysy a mohou být nerovnoměrně rozmístěny v celém objemu, takže je extrémně obtížné získat úplnou charakteristiku pórovitosti, a to i při použití moderních porometrů. Navzdory rozmanitosti tvarů lze póry rozdělit na:
1. Uzavřené póry- kapaliny a plyny nepřístupné pro průnik do nich.
2. OTEVŘENO- póry přístupné pro penetraci.
Otevřené póry se zase dělí na:
1) slepá ulička- póry naplněné kapalinou a plynem, otevřené na jedné straně;
2) vytváření kanálů- póry se otevírají na obou koncích a vytvářejí pórové kanály.
Propustnost materiálu pro vlhkost je určena především póry tvořícími kanálky v přítomnosti tlakových rozdílů na jejich otevřených koncích. Pórovitost a propustnost jsou důležité texturní charakteristiky pro všechny typy technických materiálů.
Vzhledem k tomu, že přímé metody měření pórovitosti materiálů jsou extrémně složité, je tento ukazatel často posuzován stanovením dalších vlastností, které přímo závisí na pórovitosti. Tyto ukazatele zahrnují hustotu materiálu a absorpci vody.
Podívejme se na některé definice.
Skutečná hustota- poměr hmotnosti materiálu k jeho objemu bez zohlednění pórů.
Zdánlivá hustota- to je poměr tělesné hmotnosti k celému objemu, který zabírá, včetně pórů.
Relativní hustota- poměr zdánlivé hustoty ke skutečné hustotě. Představuje objemový podíl pevných látek v materiálu.
Absorbce vody je poměr hmotnosti vody absorbované materiálem při plném nasycení k hmotnosti suchého vzorku (vyjádřeno v procentech).
Měřením výše uvedených charakteristik lze posoudit celkovou, otevřenou a uzavřenou pórovitost keramiky.
Skutečná (totální) pórovitost- celkový objem všech otevřených a uzavřených pórů, vyjádřený jako procento celkového objemu materiálu. Tato hodnota je označena P a je číselně rovna součtu uzavřené a otevřené pórovitosti.
Zjevná (otevřená) pórovitost- jedná se o poměr objemu všech otevřených pórů tělesa (zaplněných vodou při varu) k celému objemu materiálu včetně objemu všech pórů. Hodnota je označena P 0 a vyjádřena v %.
Uzavřená pórovitost- jedná se o poměr objemu všech uzavřených pórů těla k jeho objemu včetně objemu všech pórů, označovaný P 3 a vyjádřený v %.
Absorpce vody polymerními materiály
Při nízkých teplotách a krátké době kontaktu vody s polymerem je bobtnání omezeno a rozšíří se do malého... U kompozitních materiálů, kterými jsou plasty, je voděodolnost... Plasty jsou nekovové materiály na přírodní nebo syntetické bázi. vysokomolekulární sloučeniny...Klasifikace plastů
Plasty lze klasifikovat podle různých kritérií, například podle složení, vztahu k teplu a rozpouštědlům atd.
Podle složení plasty se dělí na:
1) nevyplněno. Jsou to pryskyřice ve své čisté formě.
2) plněné (kompozitní). Kromě pryskyřice obsahují plniva, změkčovadla, stabilizátory, tvrdidla a speciální přísady.
Plnidla přidán v množství 40-70 % (hmotnostních) pro zvýšení mechanických vlastností, snížení smrštění a snížení materiálových nákladů (cena plniva je nižší než cena pryskyřice). Plnivo však zvyšuje hygroskopičnost plastů a zhoršuje elektrické vlastnosti.
Plastifikátory(glycerin, ricinový nebo parafínový olej) se zavádí v množství 10-20% pro snížení křehkosti a zlepšení tvaru páteře.
Stabilizátory(saze, sloučeniny síry, fenoly) se přidávají v množství několika procent pro zpomalení stárnutí, čímž se stabilizují vlastnosti a prodlouží životnost. Stárnutí je spontánní nevratná změna nejdůležitějších provozních vlastností materiálu během provozu a skladování, ke které dochází v důsledku složitých fyzikálních a chemických procesů.
Tužidla Jsou také zavedeny v množství několika procent, aby spojily molekuly polymeru s chemickými vazbami.
Speciální přísady- maziva, barviva, ke snížení statického náboje, ke snížení hořlavosti, k ochraně proti plísním.
Při výrobě pěny a porézních plastů se přidávají látky tvořící póry - látky, které při zahřívání měknou a uvolňují velké množství plynů, které pění pryskyřici.
Ve vztahu k vytápění a rozpouštědel se plasty dělí na termoplasty a termosety.
Termoplastické polymery(termoplasty) - polymery, které mohou opakovaně měknout při zahřívání a tvrdnout při ochlazení, aniž by se změnily jejich vlastnosti. V těchto polymerech působí mezi molekulami slabé van der Waapsovy síly a nejsou zde žádné chemické vazby. Termoplasty jsou také rozpustné v rozpouštědlech.
Termosetové polymery(termosety) se při zahřátí na určitou teplotu roztaví a v důsledku chemických reakcí při stejné teplotě po ochlazení ztvrdnou (jak se říká „upečené“) a změní se na tvrdou, netavící se a nerozpustnou látku. V tomto případě spolu se slabými van der Waalsovými silami fungují silné chemické vazby mezi molekulami, nazývané příčné. Jejich výskyt je podstatou procesu vytvrzování polymeru.
Snížením vlivu plniva Plasty se dělí na následující typy:
1) s listem plnivo (getinax, textolit, sklolaminát, dřevem laminovaný plast);
2) s vláknitým plnivem(sklolaminát, azbestové sklolaminát, sklolaminát);
3) s práškovým plnivem(fenoplasty, aminoplasty,
epoxidové lisovací prášky);
4) bez plniva(polyethylen, polystyren);
5) s plnicím plynem a vzduchem(pěnové plasty).
Getinax sestává ze dvou nebo více vrstev odolného, tepelně odolného, impregnovaného papíru ošetřeného termosetovou pryskyřicí fenolformaldehydového typu rezolu (bakelit). Pro zvýšení tepelné odolnosti se do některých značek getinaxu navíc přidávají organokřemičité látky a pro zvýšení lepicí schopnosti se přidávají epoxidové pryskyřice. Getinax je levný materiál používaný v elektronických zařízeních pro výrobu různých typů plochých elektroizolačních dílů a základů desek plošných spojů.
Tepelná odolnost getinaxu je 135°C. Nevýhody: snadná delaminace podél výplňových listů, hygroskopičnost (to zhoršuje elektrické izolační vlastnosti). Pro ochranu před vlhkostí je povrch potažen lakem.
Textolit je lisovaný materiál na bázi plátů bavlněné tkaniny, impregnované jako getinax bakelitem. Je snadněji zpracovatelný než getinax a má vyšší odolnost proti vodě, pevnost v tlaku a rázovou houževnatost. Textolit je 5-6krát dražší než getinax. Tepelná odolnost 150°C.
Laminát- materiál sestávající ze dvou nebo více vrstev bezalkalické skleněné tkaniny impregnované různými termosetovými pryskyřicemi.
Sklolaminát má ve srovnání s getinaxem a textolitem zvýšenou odolnost proti vlhkosti, tepelnou odolnost a lepší elektrické a mechanické parametry, je však méně mechanicky zpracován. Sklolaminát má dobrou tlumicí schopnost (schopnost tlumit vibrace) a v tomto ohledu předčí ocel a slitiny titanu. Z hlediska tepelné roztažnosti se blíží oceli. Tepelná odolnost - 185°C. Sklolaminát je široce používán, protože kombinuje nízkou hmotnost, vysokou pevnost, tepelnou odolnost a dobré elektrické vlastnosti.
Dřevolaminovaný plast je materiál plněný pilinami nebo dýhou.
Plastové fólie mají speciální účel a používají se k výrobě desek plošných spojů. Jedná se o vrstvený plast potažený na jedné nebo obou stranách elektrolyticky vyrobenou měděnou fólií.
Tento způsob výroby fólie zajišťuje jednotné složení a drsný povrch na jedné straně, což zlepšuje přilnavost fólie k dielektriku při lepení. Kompozitní plasty plněné bavlněnými vlákny a tkaninami, stejně jako materiály na bázi dřeva, mohou mít díky plnivu vysokou absorpci vody. Podle GOST 4650-73 se absorpce vody u polymerních materiálů určuje ponecháním vzorku ve vodě po dobu 24 hodin při pokojové teplotě (nebo varem po dobu 30 minut).
Tabulka 5.1.
Vlastnosti plastů
2. Plasty jsou odolné vůči dlouhodobému působení průmyslového agresivního prostředí a používají se k výrobě ochranných nátěrů na kovy... 3. Vlivem prostředí plasty pomalu stárnou, tedy... 4. Většina polymerů může dlouhodobě fungovat pouze při teplotách pod 100°C. Nad touto teplotou jako...Porézní keramické a sklokeramické materiály
1) získání výchozích prášků, 2) konsolidace prášků, tzn. výroba kompaktních materiálů; 3) zpracování a kontrola produktů.Porézní kovové materiály
Vysoce porézní práškové kovové materiály mají díky svému tuhému prostorovému rámu vyšší pevnost. Odolají... Technologie výroby kovových porézních prvků závisí na tvaru a...experimentální část
1. Určete nasákavost polymerních materiálů.
1.1. Zvažte vzorky polymerních materiálů před testováním (hmotnost m 1).
1.2. Vložte vzorky do kádinky S voda, přivést do. vaříme a udržujeme při teplotě varu po dobu 30 minut.
1.3. Vyjměte vzorky z kádinky, osušte filtrem
papíru a zvážíme (hmotnost m 2).
1.4. Výsledky měření zapište do tabulky. 5.2.
1.5. Určete absorpci vody každého vzorku pomocí vzorce
Tabulka 5.2
2. Určete absorpci vody a otevřenou pórovitost sklo-I keramických materiálů.
2.1. Zvažte vzorky sklokeramických materiálů. Změřte rozměry vzorků potřebné pro výpočet objemu pomocí posuvného měřítka.
2.2. Vzorky vložte do kádinky, přiveďte k varu a udržujte při teplotě varu po dobu 60 minut.
2.3. Vyjměte vzorky z kádinky a zvažte. Pozornost! Vzorky by neměly být důkladně blotovány, protože Voda bude odstraněna z poměrně velkých nor.
2.4. Určete absorpci vody každého vzorku pomocí výše uvedeného vzorce.
2.5. Určete zdánlivou hustotu vzorků pomocí vzorce
2.6. Vypočítejte zdánlivou (otevřenou) pórovitost Pc:
2.7. Výsledky výpočtu zadejte do tabulky 5.3.
Tabulka 5.3
3. Na základě experimentálních výsledků proveďte srovnávací analýzu a formulujte závěry.
Co uděláme s přijatým materiálem:
Pokud byl pro vás tento materiál užitečný, můžete si jej uložit na svou stránku na sociálních sítích:
Specializace "nauka o materiálu a technika" je jedním z nejdůležitějších oborů pro téměř všechny studenty strojního inženýrství. Vytvoření nového vývoje, který by mohl konkurovat na mezinárodním trhu, si nelze představit a realizovat bez důkladné znalosti předmětu.
Kurz materiálové vědy studuje škálu různých surovin a jejich vlastnosti. Různé vlastnosti použitých materiálů určují rozsah jejich použití v technologii. Vnitřní struktura kovu nebo kompozitní slitiny přímo ovlivňuje kvalitu produktu.
Základní vlastnosti
Věda o materiálech a technologie technických materiálů zdůrazňuje čtyři nejdůležitější vlastnosti jakéhokoli kovu nebo slitiny. Především se jedná o fyzikální a mechanické vlastnosti, které umožňují předvídat provozní a technologické kvality budoucího produktu. Hlavní mechanickou vlastností je zde pevnost - přímo ovlivňuje nezničitelnost hotového výrobku pod vlivem pracovního zatížení. Studium lomu a pevnosti je jednou z nejdůležitějších součástí základního kurzu „nauka o materiálech a technologie materiálů“. Tato věda se používá k nalezení potřebných konstrukčních slitin a součástí určených pro výrobu dílů s požadovanými pevnostními charakteristikami. Technologické a provozní vlastnosti umožňují předvídat chování hotového výrobku při provozním a extrémním zatížení, vypočítat meze pevnosti a posoudit životnost celého mechanismu.
Základní materiály
V průběhu minulých staletí byl hlavním materiálem pro vytváření strojů a mechanismů kov. Proto obor „nauka o materiálech“ věnuje velkou pozornost nauce o kovech – nauce o kovech a jejich slitinách. Velkým dílem k jeho rozvoji přispěli sovětští vědci: P. P. Anosov, N. S. Kurnakov, D. K. Černov a další.
Cíle materiálové vědy
Budoucí inženýři studují základy materiálové vědy. Ostatně hlavním smyslem zařazení této disciplíny do osnov je naučit studenty technických oborů správně vybírat materiál pro navržené výrobky s cílem prodloužit jejich životnost.
Dosažení tohoto cíle pomůže budoucím inženýrům vyřešit následující problémy:
- Správně posoudit technické vlastnosti materiálu analýzou výrobních podmínek produktu a jeho životnosti.
- Mít správně vytvořené vědecké představy o skutečných možnostech zlepšení jakýchkoli vlastností kovu nebo slitiny změnou jeho struktury.
- Vědět o všech metodách zpevňování materiálů, které mohou zajistit trvanlivost a výkon nástrojů a produktů.
- Mít aktuální znalosti o hlavních skupinách používaných materiálů, vlastnostech těchto skupin a rozsahu použití.
Požadované znalosti
Kurz „Nauka o materiálech a technologie konstrukčních materiálů“ je určen těm studentům, kteří již chápou a dokážou vysvětlit význam takových charakteristik, jako je napětí, zatížení, plastický a agregační stav hmoty, atomově-krystalická struktura kovů, druhy chemických látek. vazby a základní fyzikální vlastnosti kovů. V procesu studia studenti procházejí základním výcvikem, který jim bude užitečný k dobývání specializovaných disciplín. Vyšší kurzy zkoumají různé výrobní procesy a technologie, ve kterých hraje významnou roli materiálová věda a materiálová technologie.
S kým pracovat?
Znalost konstrukčních vlastností a technických vlastností kovů a slitin bude užitečná pro konstruktéra pracujícího v oblasti provozu moderních strojů a mechanismů. Specialisté v oblasti technologií nových materiálů najdou své působiště ve strojírenství, automobilovém, leteckém, energetickém a kosmickém sektoru. V poslední době je nedostatek odborníků s diplomem z materiálových věd a technologií v obranném průmyslu a v oblasti rozvoje komunikací.
Vývoj nauky o materiálech
Jako samostatná disciplína je materiálová věda příkladem typické aplikované vědy, která vysvětluje složení, strukturu a vlastnosti různých kovů a jejich slitin za různých podmínek.
Schopnost těžit kov a vyrábět různé slitiny získal člověk v období rozkladu primitivního komunálního systému. Ale jako samostatná věda se materiálová věda a materiálová technologie začaly studovat před více než 200 lety. Počátek 18. století byl obdobím objevů francouzského vědce-encyklopedisty Reaumura, který se jako první pokusil studovat vnitřní stavbu kovů. Podobný výzkum provedl anglický výrobce Grignon, který v roce 1775 napsal krátkou zprávu o jím objevené sloupcové struktuře, která vzniká při tuhnutí železa.
V Ruské říši patřily první vědecké práce v oblasti metalurgie M.V.Lomonosovovi, který se ve své příručce pokusil stručně vysvětlit podstatu různých metalurgických procesů.
Věda o kovech udělala velký skok kupředu na začátku 19. století, kdy byly vyvinuty nové metody pro studium různých materiálů. V roce 1831 práce P. P. Anosova ukázaly možnost studia kovů pod mikroskopem. Poté několik vědců z řady zemí vědecky prokázalo strukturální transformace kovů během jejich nepřetržitého ochlazování.
O sto let později přestala existovat éra optických mikroskopů. Technologie konstrukčních materiálů nemohla dělat nové objevy pomocí zastaralých metod. Optika byla nahrazena elektronickým zařízením. Metalurgie se začala uchylovat k elektronickým metodám pozorování, zejména k difrakci neutronů a difrakci elektronů. Pomocí těchto nových technologií je možné zvětšit průřezy kovů a slitin až 1000krát, což znamená, že existuje mnohem více podkladů pro vědecké závěry.
Teoretické informace o struktuře materiálů
V průběhu studia oboru získávají studenti teoretické znalosti o vnitřní struktuře kovů a slitin. Na konci kurzu by studenti měli získat následující dovednosti a schopnosti:
- o vnitřní;
- o anizotropii a izotropii. Co způsobuje tyto vlastnosti a jak je lze ovlivnit;
- o různých vadách ve struktuře kovů a slitin;
- o metodách studia vnitřní struktury materiálu.
Praktická cvičení z disciplíny materiálové vědy
Na každé technické univerzitě je oddělení materiálových věd. V průběhu kurzu student studuje následující metody a technologie:
- Základy metalurgie - historie a moderní způsoby výroby kovových slitin. Výroba oceli a litiny v moderních vysokých pecích. Odlévání oceli a litiny, způsoby zlepšování jakosti hutních výrobků. Klasifikace a značení oceli, její technické a fyzikální vlastnosti. Tavení neželezných kovů a jejich slitin, výroba hliníku, mědi, titanu a dalších neželezných kovů. Zařízení použité v tomto případě.
![](https://i2.wp.com/fb.ru/misc/i/gallery/24864/963011.jpg)
Moderní vývoj materiálové vědy
V poslední době získala věda o materiálech silný impuls pro rozvoj. Potřeba nových materiálů donutila vědce přemýšlet o získávání čistých a ultračistých kovů, pracuje se na vytvoření různých surovin podle původně vypočítaných charakteristik. Moderní technologie konstrukčních materiálů naznačuje použití nových látek namísto standardních kovových. Větší pozornost je věnována použití plastů, keramiky a kompozitních materiálů, které mají pevnostní parametry kompatibilní s kovovými výrobky, ale nemají své nevýhody.
směr" Materiálová věda a technologie»
Hlavní vzdělávací programy:
Bakalářský titul: "Technologie materiálů a nanostruktur"
Žádná oblast moderní výroby se neobejde bez materiálů a technologií pro jejich výrobu, zejména v oblasti špičkových technologií, kam patří i aktivity MIET. Rozvoji nanotechnologií je v poslední době věnována velká pozornost po celém světě a zároveň se do oblasti nanoměřítek dostal i vývoj elektroniky. Do popředí se tak dostávají nanomateriály a nanomateriálové technologie.
V rámci oboru „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ (MMT) absolvuje bakalářské studium v následujícím profilu:
Absolventi Institutu PMT, kteří získali bakalářskou a magisterskou kvalifikaci v oboru „Nauka o materiálech a technologie materiálů“, mají dobré vzdělání v přírodovědných oborech s hloubkovým studiem vlastností výzkumu a tvorby nanomateriálů. a nanostruktury, které jsou základem pro návrh a vývoj nanotechnologií. Ovládají uživatelské a speciální počítačové programy a jsou schopni používat moderní programovací jazyky k vývoji efektivních řešení zadaných problémů.
Ústav disponuje nejmodernějším vybavením, které mu umožňuje provádět výzkum a vývoj mikro- a nanomateriálů a struktur a metod jejich výzkumu. Studenti, kteří se zajímají o práci učitelů ústavu, se již od svých juniorských let plně podílejí na práci vědeckých a technických skupin při vývoji různých zařízení a psaní softwaru pro ně, vývoji nových technologií a výzkumu nové materiály. Výsledky této práce jsou publikovány ve vysoce citovaných časopisech a sbornících, prezentovány na konferencích a seminářích a často jsou udělovány diplomy a certifikáty. Po úspěšném ukončení studia mnoho studentů pokračuje ve studiu na postgraduální škole. Postgraduální studenti a studenti aktivně komunikují s kolegy z předních zahraničních univerzit v Evropě a Americe, což zahrnuje nejen výměnu informací, ale také možnost dalšího vzdělávání a stáží pro studenty, postgraduální studenty a mladé vědce v zahraničí.
Absolventi spolu s učiteli vyvinuli unikátní technologie pro tvorbu polovodičových měničů energie, integrované technologie a technologie vláknové optiky, které se těší celosvětovému uznání. Vyvinuté principy a metody jsou využívány na různých zahraničních univerzitách a podnicích. Postgraduální studenti ústavu opakovaně získali granty a stipendia od prezidenta Ruské federace.
Absolventi Institutu PMT jsou žádáni v řadě prioritních oblastí rozvoje světové a ruské ekonomiky, jako jsou:
- nanoinženýrství a nanomateriály;
- elektronika a nanoelektronika;
- úspory energie a alternativní zdroje energie;
- vesmírné technologie;
- mikroelektromechanické systémy.
Vysoká úroveň vzdělání produkovaného institutem umožňuje absolventům najít uplatnění v různých dalších odvětvích hospodářství, od energetiky po bankovnictví.
Nauka o materiálech a technologie nových materiálů
Profilové informace
Směr školení pro certifikovaného bakaláře 22.03.01 - „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ byl schválen nařízením Ministerstva školství Ruské federace ze dne 12. listopadu 2015 č. 1331. Standardní doba pro zvládnutí hlavní vzdělávací program pro bakalářské studium oboru „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ pro prezenční studium je 4 roky.
Hlavní druhy činností absolventa (kdo se vzdělává), co absolvent umí
Oblast profesní činnosti absolventů:
- vývoj, výzkum, modifikace a použití materiálů anorganické a organické povahy pro různé účely; procesy jejich vzniku, tvaru a struktury; přeměny ve fázích výroby, zpracování a provozu;
- procesy získávání materiálů, přířezů, polotovarů, dílů a výrobků, jakož i řízení jejich kvality pro různé oblasti strojírenství a technologie (strojní a přístrojové inženýrství, letecká a raketová a kosmická technika, jaderná energetika, polovodičová elektronika, nanoprůmysl, lékařské vybavení, sportovní a domácí spotřebiče atd.)
Předměty odborné činnosti absolventa:
- hlavní typy moderních strukturních a funkčních anorganických (kovových a nekovových) a organických (polymerních a uhlíkových) materiálů; kompozitní a hybridní materiály; supertvrdé materiály;
- inteligentní a nanomateriály, filmy a povlaky;
- metody a prostředky testování a diagnostiky, výzkum a kontrola kvality materiálů, filmů a povlaků, polotovarů, polotovarů, dílů a výrobků, všechny druhy výzkumných, kontrolních a testovacích zařízení, analytické
- vybavení, počítačový software pro zpracování výsledků a analýzu získaných dat, modelování chování materiálů, posuzování a předpovídání jejich výkonnostních charakteristik;
- technologické postupy výroby, zpracování a úpravy materiálů a nátěrů, dílů a výrobků; zařízení, technologická zařízení a přístroje; systémy řízení procesů;
- regulační a technická dokumentace a certifikační systémy pro materiály a výrobky, technologické postupy jejich výroby a zpracování; ohlašovací dokumentace, záznamy a protokoly o průběhu a výsledcích pokusů, dokumentace o bezpečnostních opatřeních a bezpečnosti života.
Druhy odborných činností absolventa:
výzkum a výpočty-analytické:
- sběr dat o existujících typech a značkách materiálů, jejich struktuře a vlastnostech ve vztahu k řešení zadaných problémů pomocí databází a literárních zdrojů;
- účast na práci skupiny specialistů při provádění experimentů a zpracování jejich výsledků na tvorbě, výzkumu a výběru materiálů, posuzování jejich technologických a servisních kvalit prostřednictvím komplexní analýzy jejich struktury a vlastností,
- fyzikálně-mechanické, korozní a jiné zkoušky;
- shromažďování vědeckých a technických informací na téma experimentů pro přípravu recenzí, zpráv a vědeckých publikací, podílení se na přípravě zpráv o splněném úkolu;
- administrativní práce a příprava projektové a pracovní technické dokumentace, záznamů a protokolů; kontrola souladu vypracovaných projektů a technické dokumentace s regulačními dokumenty.
výroba a design a technologie:
- účast na výrobě materiálů se stanovenými technologickými a funkčními vlastnostmi, navrhování high-tech procesů v rámci primárního konstrukčního, technologického nebo výzkumného oddělení;
- organizace pracovišť, jejich technické vybavení, údržba a diagnostika technologických zařízení, kontrola dodržování technologické kázně a ekologické bezpečnosti ve výrobním úseku pro zpracování a zpracování materiálů, kontrola kvality vyráběných výrobků;
- vývoj technických specifikací pro návrh jednotlivých celků přístrojů, zařízení a speciálních nástrojů poskytovaných technologií pro získávání a zpracování materiálů;
- účast na práci na standardizaci, přípravě a certifikaci procesů, zařízení a materiálů, příprava podkladů při vytváření systému managementu kvality v podniku nebo organizaci.
organizační a manažerské:
- řízení technologických procesů, zajištění technické a ekologické bezpečnosti výroby v oblasti jejich odborných činností;
- vypracování technické dokumentace (harmonogramy prací, návody, plány, odhady, požadavky na materiál a zařízení apod.), vypracování stanovených zpráv podle schválených formulářů;
- prevence úrazů, nemocí z povolání, prevence narušování životního prostředí v oblasti jejich profesní činnosti.
Stručný popis tréninkového profilu
"Materiálová věda a technologie nových materiálů" je základem moderní techniky: letadla a rakety, auta a lodě, budovy a stavby, mikroelektronika a počítače, mobilní telefony a navigátory. Jedná se o konstrukční materiály (pevné, lehké, korozivzdorné) a funkční materiály (se speciálními magnetickými, elektrickými, optickými a dalšími vlastnostmi). Nové materiály stále více vstupují do našeho každodenního života a radikálně mění jeho kvalitu. Stále však zůstává mnoho nevyřešených problémů, které musíte vyřešit vy, dnešní žadatelé. Například problémem století, kterému vědci zabývající se materiály čelí, je vytvoření keramického motoru. Takový motor bude lehký, vysokoteplotní, s vysokou účinností, nízkou spotřebou paliva a nízkými emisemi výfukových plynů do životního prostředí. Keramika je ale zatím velmi křehký materiál, ze kterého nelze vyrobit motor.
Základní disciplíny
- Úvod do materiálové vědy a technologie nových materiálů.
- Výroba dílů z kompozitních materiálů.
- Nástroje a metody pro studium nanomateriálů.
- Tvrdé slitiny a povrchové úpravy.
- Vlastnosti a aplikace nanomateriálů.
- Zkoumání materiálů a nanomateriálů.
- Keramické materiály a sklo.
Možné oblasti působnosti pro absolventy
- Inženýr pro chemickou a spektrální analýzu materiálů.
- Radiologický inženýr.
- Inženýr elektronové mikroskopie.
- Metalografický inženýr.
- Inženýr pro testování materiálů a povlaků.
- Inženýr detekce chyb.
- Inženýr pro zkoumání příčin ničení materiálů.
- Technologický inženýr pro kompozitní materiály.
- Procesní inženýr pro ochranné nátěry.
- Inženýr dodávek materiálů.
- Marketingový inženýr pro materiály a nátěry.
- Igolkina Nadezhda - JSC "Gidroavtomatika", inženýr,
- Kondratyev Valery - FSUE GNP RKTs "TsSKB-Progress", vedoucí sektoru svařování,
- Alexander Podkatov - Volgaburmash OJSC, mistr,
- Shibanov Denis - Volgaburmash OJSC, konstruktér,
- Shuldeshov Dmitry - SPRP ORC ve společnosti NK CHPP-1, Novokuibyshevsk, svářečský mistr.
Firmy, se kterými katedra spolupracuje, komunikace s podniky, kde stáže probíhají
- OJSC "Volgaburmash";
- OJSC "Volzhskaya Territorial Generating Company";
- OJSC "VNIIT NEFT";
- OJSC Samara Oil Rafinery;
- FSUE GNP RKTs "TSSKB - Progress";
- OJSC "Metalista - Samara";
- OJSC "Továrna na výrobu ložisek";
- ZAO Alcoa-SMZ;
- JSC "Aviaagregat";
- JSC "KOTROKO";
- LLC "IDC "AE-Systems";
- státní podnik "Závod na výrobu nástrojů Samara - Reid";
- OJSC "AVTOVAZ" (Tolyatti);
- OJSC "DAAZ" (Dimitrovgrad);
- OJSC "Tjazhmash", (Syzran)
- Ústav strukturální makrokinetiky a problémů materiálových věd Ruské akademie věd (ISMAN), Černogolovka, Moskevská oblast.
Kontakty
Telefonní čísla katedry metalurgie, práškové metalurgie, nanomateriálů: 242-28-89Katedra metalurgie, práškové metalurgie, nanomateriálů
G. Samara, sv. Molodogvardejskaja, 133
Nanotechnologie
Technologie polymerů, kompozitních materiálů a ochranných povlaků
Informace o vzdělávacím programu
Hlavním cílem katedry je vyškolit vysoce kvalifikovaný personál v oblasti zpracování plastů, kompozitních materiálů a ochranných nátěrů.
oddělení "Chemie a technologie polymerních a kompozitních materiálů" připravuje a promuje bakaláře ve směru 22.03.01 "Materiálové vědy a materiálové technologie" v rámci programu „Technologie polymerů, kompozitních materiálů a ochranných povlaků“.
Typy absolventských aktivit
Absolventi získávají znalosti, dovednosti a schopnosti, které jim umožňují osvojit si pokročilé výrobní metody a moderní metody zpracování plastů a kompozitních materiálů a také příklady.
Základní disciplíny
- Kompozitní materiály
- Počítačová grafika v počítačově podporovaných konstrukčních systémech
- Základy počítačově podporovaného navrhování
- Teoretické základy zpracování plastů
- Polymerová lepidla a nátěry
- Elastomery. Chemie výuky a technologie zpracování
- Vlastnosti a technologie nanomateriálů
- Základy projektování zařízení na zpracování plastů
- Mechanické procesy
- Zařízení, technologie a výpočty pro vstřikování
- Zařízení, technologie a výpočty pro vytlačování atd.
Příklady uplatnění absolventa
Specialita, jako je „Materials Science and Technology“, se v poslední době stala mezi žadateli žádaná. Zvažme hlavní rysy tohoto směru a jeho vlastnosti.
Oblast odborné činnosti specialistů
Směr „Věda o materiálech a technologie materiálů“ zahrnuje:
- výzkum, vývoj, použití, úpravy, provoz, likvidace materiálů organické a anorganické povahy různých směrů;
- technologie pro jejich tvorbu, tvorbu struktury, zpracování;
- management jakosti pro výrobu přístrojů a strojírenství, raketovou a leteckou techniku, domácí a sportovní vybavení, lékařské vybavení.
Předměty činnosti mistrů
Specializace „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ je spojena s následujícími předměty činnosti:
- s hlavními typy funkčních organických a anorganických materiálů; hybridní a kompozitní materiály; nanopovlaky a polymerní filmy;
- prostředky a metody diagnostiky a testování, výzkumu a kontroly kvality filmů, materiálů, povlaků, přířezů, polotovarů, výrobků, všech typů testovacích a kontrolních zařízení, analytických zařízení, počítačového softwaru pro zpracování výsledků, jakož i analýzy dat ;
- technologické výrobní postupy, zpracování a úpravy nátěrů a materiálů, zařízení, technologická zařízení, systémy řízení výrobního řetězce.
Specializace „Materials Science and Technology of Materials“ vyžaduje schopnost analyzovat regulační a technickou dokumentaci, certifikační systémy pro produkty a materiály a dokumentaci pro podávání zpráv. Velitel musí znát dokumentaci o bezpečnosti života a bezpečnostních opatřeních.
Oblasti školení
Specializace „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ je spojena se školením v následujících typech odborných činností:
- Výzkumné, výpočetní a analytické práce.
- Výrobní a konstrukční a technologická činnost.
- Organizační a manažerské směřování.
Po získání specializace „nauka o materiálech a technologie materiálů“, s jakou prací byste měli pracovat? Absolvent, který úspěšně absolvuje závěrečnou certifikaci, získává kvalifikaci „master engineer“. Uplatní se v různých společnostech pro provádění kalkulačních, analytických a výzkumných činností.
Specializace „Materiály a technologie nových materiálů“ navíc poskytuje příležitost provádět vědecké a aplikované experimenty, podílet se na procesech vytváření a testování inovativních materiálů a nových produktů.
Mistři s podobnou kvalifikací se zabývají vývojem pracovních plánů, programů, metod zaměřených na vytváření technologických doporučení pro zavádění inovací do výrobního procesu a zabývají se přípravou určitých úkolů pro běžné pracovníky.
Směrová specifika
Specializace „nauka o materiálech a technologie konstrukčních materiálů“ zahrnuje přípravu publikací, recenzí, vědeckých a technických zpráv na základě výsledků výzkumu. Tito specialisté systematizují vědecké, inženýrské, patentové informace o výzkumném problému, recenze a závěry o realizovaných projektech.
Inženýři, kteří zvládli obor „nauka o materiálech a technologie materiálů“, se zabývají nejen projekční a technologickou činností, ale také výrobní činností.
Vlastnosti směru
Inženýři, kteří tuto specializaci získali, se zabývají přípravou zadání pro vypracování projektové dokumentace a prováděním patentového výzkumu zaměřeného na vytváření inovativních oblastí. Hledají optimální možnosti zpracování a zpracování různých materiálů, zařízení, instalací a jejich technologického vybavení pomocí systémů automatického projektování.
Certifikovaní specialisté posuzují ekonomickou rentabilitu určitého technologického procesu, podílejí se na analýze alternativních výrobních metod, organizují zpracování a zpracování produktů a podílejí se na procesu certifikace produktů a technologií.
Specifika tréninku
Bakaláři v tomto profilu jsou vyškoleni v následujících dovednostech:
- vybírat informace o dostupných materiálech pomocí databází a různých literárních zdrojů;
- analyzovat, vybírat, hodnotit materiály na základě jejich výkonnostních charakteristik při provádění komplexní strukturální analýzy;
- komunikační dovednosti a schopnost pracovat v týmu;
- shromažďovat informace v oblasti probíhajících experimentů, sestavovat zprávy, recenze, určité vědecké publikace;
- vypracovávat dokumenty, záznamy, experimentální protokoly.
Bakaláři mají dovednosti kontrolovat vytvořené projekty z hlediska plného souladu se všemi legislativními normami. Navrhují high-tech procesy určené pro počáteční výzkum a projekčně-technologické struktury, organizují a vybavují pracoviště potřebným zařízením.
Odpovědnosti
Držitelé diplomu v oboru materiálové vědy a technologie jsou povinni provádět diagnostiku zařízení. Zvláštní pozornost věnují bezpečnosti životního prostředí na pracovišti. Při vývoji technických specifikací pro vytváření určitých součástí ve složitých mechanismech berou inženýři v úvahu jejich provozní vlastnosti.
Po ukončení prací zkontrolují soulad získaných výsledků s uvedenými podmínkami a bezpečnost vytvořených mechanismů. Právě tito specialisté připravují dokumenty pro registraci nových snímků a vypracovávají speciální technickou dokumentaci.
Absolventi velmi často začínají svou profesní dráhu na pozici „inženýr chemické a spektrální analýzy“ a také „inženýr testování povlaků a materiálů“.
Závěr
Po získání specializace „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ nebude mít nově vyražený specialista problémy s hledáním zaměstnání. Může se stát inženýrem v jakékoli velké továrně nebo závodu. Ti specialisté, kteří mají určité znalosti v oboru zpracování kovů a vysokoškolské vzdělání, mohou počítat s pozicemi tepelného technologa a defektoskopu.
Dostatečný počet průmyslových podniků a organizací těžkého průmyslu potřebuje hutníky a metalografy. Pokud si zpočátku osvojíte teoretické znalosti v oboru zpracování kovů, můžete si v tomto případě nejprve najít práci jako inženýr a pokračovat ve vzdělávání se specializací „inženýr chemické a spektrální analýzy“ nebo „inženýr zkoušení povlaků“.
Specializace „Nauka o materiálech a technologie materiálů“ se nyní stala jedním z hlavních oborů pro studenty, kteří se zabývají strojním inženýrstvím.
Studenti studují škálu materiálů, které se již používají v těžkém průmyslu, a také predikují tvorbu nových látek určených pro hutní průmysl.