facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

Прикладное материаловедение как обязательный предмет преподавания в ВУЗах технических специальностей

Прикладное материаловедение как обязательный предмет преподавания в ВУЗах технических специальностей
Travnikov Yevgeniy, гранд-конструктор впк ссср, candidate of technical sciences, associate professor

State University of Telecommunications, Ukraine

Conference participant

В статье рассматривается вопрос обязательного преподавания прикладного материаловедения в ВУЗах технических специальностей как необходимого для знаний в дальнейшей жизни молодых специалистовна основе 50-летнего опыта как конструктора так и преподавателя в двух ВУЗах  г. Киева.

Ключевые слова: Материаловедение, виды материалов,  их области оптимального применения  в приборостроении,  технике  регистрации информации  и других.

The article addresses the question of compulsory teaching of applied material reference in universities of technical specialties as required knowledge in the long-necks of young specialists, based on 50 years of experience as a designer and teacher in two high schools in Kiev.

Keywords: material science, types of materials, their optimal application in instrument making, registration information and other technology.

 

Материалы - это то из чего и с чем взлетают в космос ракеты,

А  в зданиях из материалов мы заказываем  поэтому банкеты.

ЕНИТ, конструктор и преподаватель, ХХ1 век

 

Материаловедение – это большая основополагающая область науки-техники о материалах, их свойствах и областях оптимального применения для приборов, сооружений, транспорта, бытовых целей и многого другого. Различают два вида материаловедения: общее и прикладное. Общее охватывает все виды материалов вне зависимости от областей их применения. В общем материало-ведении рассматриваются элементы теоретических основ материаловедения , строение твердого тела, кристаллические решетки, элементы химической термодинамики, основы теории фазовых равновесий, основы аморфикации и др. Автору, проработавшему ведущим и зам главного конст-руктора свыше 30 лет на головном предприятии СССР по электромагнитной записи (объединение «Маяк») и получившему 140 авторских свидетельств на изобретения и половину из них внедрив-шему в разработки  ВПК СССР эти знания из теории материаловедения ни разу не пригодились. Прикладное материало ведение рассматривает только те материалы, которые применяются в конкретной области техники, например «Авиационное материаловедение» рассматривает мате-риалы, применяемые в авиационной промышленности, «Автомобильные материалы» - материалы,  применяемые в автомобилестроении, «Электротехнические материалы»- применяемые для элек-тротехнических целей, «Приборостроительные материалы» - применяемые в приборостроении, «Строительные материалы»- применяемые для строительных работ и сооружений. и т.п. Это проис-ходит потому, что например для техники регистрации информации  абсолютно не нужны знания по кирпичам, железобетонным блокам, арматуре, пеногипсовым кирпичам и др., характерные для строительных материалов. Если в жизни инженерам понадобятся эти знания, то они  их познают самостоятельно. А если молодой инженер не знает основные свойства прикладных к его специальности материалов, то это будет прискорбно, например, чем отличается сталь от чугуна, химический состав один и тот же: железо, углерод и вредные примеси как сера и фосфор. А вот процентное соотношение отличается: в сталях углерода находится до 2%, а в чугунах от 2 до 5%., а все остальное одинаково. Но свойства чугунов и сталей  отличаются - стали, кроме высокоуглеродистых  хорошо сва-риваются, а чугуны- абсолютно не способны свариваться. Поэтому лопнула чугунная отопительная  батарея или её секция, надо менять, а не пытаться сваркой починить (бытовой пример). А вот плоские стальные отопительные батареи можно сварочными работами восстановить и дальше эксплуатировать. Теперь ещё один пример необходимости прикладного материаловедения, на примере такого сплава как титанового, в авиационной технике они применяется для всех реактивных двигателей (дюзы, лопатки, острый конусообразный нос, элероны, передние кромки стабилизатора, тяги и др.) – рис.1.

 

Рис.1. Детали самолета , изготовляемые из титановых сплавов.

 

Это объясняется небольшим удельным весом (4,3-4,6 г/см3), высокой прочностью, износоустойчивостью, немагнитностью, высокой  коррозионной стойкостью (благодаря оксидной пленке на его поверхности), а главное для авиации высокой температурой плавления - 17200С. Когда начиналась эра сверхзвуковых самолетов алюминиевый конусообразный нос от высокой температуры деформировался (гнулся и спадал), температура плавления его 658 0С, и был заменен на титановый сплав марки ВТ6 . Причем для техники регистрации информации титановый сплав применяется в ряде узлов, например, аппаратуры электромагнитной записи (рис.2), особенно для космического применения, ибо каждый 1 кг. любого груза для вывода в космос стоит сейчас 40 тыс. долларов.

Рис.2. Узлы и детали аппаратов электромагнитной записи, изготовляемые из титановых сплавов ВТб.

 

Поэтому даже крепеж (винты, гайки, шайбы, штифты) изготовлялись из титановых сплавов, чаще из ВТ6 Прикладное материаловедение в книгах не пишется, а прямо указывается к чему оно относится, нап-ример «Авиационное материаловедение» (рис.3).

                                             Рис.3. Обложка книги                      Рис. 4. Обложка книги «Материаловедение  

                                «Авиационное материаловедение».           в аппаратуре техники регистрации информации»

                                                                                                                          (автор Травников Е.Н.).

 

Автор много лет читал на кафедре «Звукотехника и регистрация информации» в КПИ курс «Материаловедение в аппаратуре техники регистрации информации» по своему написанному электронному учебнику (рис.4), содержание которого приведено на рис.5.

Рис.5. Содержание книги по материаловедению.

 

Здесь глава1 содержит традиционно введение в предмет, которое вначале статьи уже рассмотрено. В главе 2 приведены свойства металлов, которые содержат физические свойства, к ко- торым относят: цвет, удельный вес (плотность), температуру плавления, тепло и электропровод-ность, тепловое расширение, магнитные свойства и др.,химические свойства, к которым относят их способность взаимодействовать с окружающей средой и другими элементами, находящимися в сплаве: окисляемость, растворимость, коррозионная и химическая стойкость, адгезия (сцепляемость друг с другом) и когезия (сцепляемость внутри одного элемента),механические свойства, к кото-рым относят сопротивляемость внешним нагрузкам (прочность, жесткость, упругость, пластичность, вязкость, твердость, выносливость, ползучесть, износоустойчивость, хрупкость и технологические свойства, к которым относят способность обрабатываться в холодном и горячем состоянии (жид-котекучесть, усадка при литье, способность поддаваться обработке давлением, свариваемость, закаливаемость, обработка лезвийным и зернистым инструментами). Далее идут главы по черным металлам: сталям углеродистым, сталям легированным с иллюстративными примерами с техники регистрации информации (рис.6) и чугунам (рис. 7).

Рис.6. Легированные конструкционные стали в НТЛ АНЗ.

 

Рис.7. Применение чугунов в стационарных кинопроекторах: а,б – общей конструкции; в,г,д – узлах.

 

Далее рассмотрены цветные металлы, такие как алюминиевые, наиболее широко применяемые в конструкциях как ленточных так и дисковых механиз-мах аппаратуры электромагнитной записи-воспроизведения информации  для корпусных деталей , катушек для магнитной ленты ,шпинделей вращающихся деталей, рычагов, втулок , крышек и много-го другого (рис.8).

Рис.8. применение алюминиевых сплавов в: а – ленточных АМЗ, б – дисковых механизмах АМЗ.

 

Остальные цветные металлы, как медь, цинк, бериллий и контактные металлы, металлы металлокерамические, керамические автор в статье не рассматривает. Далее приводятся магнитные материалы, как магнитотвердые (сохраняют намагниченность) и магнитомяг- кие (намагниченность не сохраняют). Эти материалы широко применяются как гальваническое тонкопленочное покрытие магнитных жестких и гибких дисков, магнитных лент, как сердечниках магнитных головок, в роторах и статорах всех без исключения электродвигателях, в позиционерах плавающих магнитных головок (ПМГ), в электромагнитах, датчиков скорости, электромагнитных реле переключения режимов работы аппаратов и др. (рис.9).

Рис.9. Применение магнитных материалов в АМЗ.

 

Дальше рассматриваются широко распространенные пластмассы, которые бывают термопластические (рис.10) и термореактивные.

Рис.10. Применение термопластических (а) и термореактивных (б) пластмассовых материалов.

 

Первые являются  термообратимыми, могущими расплавляться под воздействием температуры порядка 180-2000 С и в прессформе  под  давлением получать другую форму. Практически можно жалом  электро-паяльника  делать углубления или отверстия в деталях. К эти пластмассам относят фенолформальдегидные, аминоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиэтиленовые, полифторэтиле-новые, полиакриловые, полиамидные, полиуретановые. Термореактивные пластмассы  относятся к термонеобратимым, т. е. единожды опрессованным под температурой и давлением они не распла-вляются и не обладают гибкостью (ломаются при изгибе). При большой температуре (свыше 4000С  сгорять, но не расплавятся. Эти пластмассы могут длительное время эксплуатироваться при темпе-ратуре 150-2000С. и обладают хорошими антикоррозионными свойствами, стойки к кислотам и щелочам. Термореактивные пластмассы различают на пресспорошковые, волокнистые и слоистые гетинаксы и текстолиты). Текстолиты и стеклотекстолиты широко применяются для печатных плат всевозможных электронных схем (усилителей, генераторов, выпрямителей и др.). Термореактивная пластмасса волокнистая АГ-4 обладает высочайшей прочностью , самолетный самописец массой 3 кг (рис.10,б ) сбрасывали 100 раз на асфальтовую полосу с высоты 10 этажного дома и не одной полом-ки или забоины не получили. Из такой же термореактивной пластмассы изготовляют коллекторы многих электродвигателей и держатели щеточных узлов. Далее автор рассматривает резинотехнические материалы (рис.11), которые широко применяются для механизмов транспортирования лен-ты (МТЛ).

Рис.11. Применение резинотехнических материалов.

 

Эти материалы обладают эластичностью и высоким коэффициентом трения (0,46-0,8) в па-ре ведущий вал-магнитная лента- прижимной элемент, в качестве последнего распространены обре-зиненные  ролики. Необходимое усилие вал-прижимной ролик создается во время транспортирова-ния магнитной ленты МЛ электромагнитом (электромагнитами). При постоянном более суток контакте этих элементов обрезиненная поверхность прижимного ролика приобретает остаточную деформацию в виде лунки по всей длине контактирующих поверхностей. А если время ожидания работы механизма задано 7 лет (стратегические ядерные ракеты шахтного базирования), то надо применять обязательно дополнительный электромагнит, что увеличит электропотребление, то единственным оптимальным конструкторским решением есть (без применения электромагнитом) является приме-нение поверхностного контакта ведущий вал- магнитная лента. Но когда всплыло требование по ТЗ работы аппарата в условиях повышенной влажности (до 98%), то ведущий вал вращается, а магнитная лента стоит неподвижной. Автор предложил впервые осуществлять необходимое радиальное усилие магнитной ленты с помощью дополнительного резинового плоского пассика  с направляющим внутренним кольцевым буртиком трапециидального сечения (рис.11). Плоский пассик имеет растяжение всего лишь на 5-8% своей длины, что не создает остаточной деформации на 8-10 лет эксплуатации (вспомните приводные резиновые пассики бытовых магнитофонов). А тут применили материал пассика из специальной тонкоструктурной  резины (98-1 ТС) , не подверженной старению и растрескиванию и все проблемы были успешно решены, а техническое решение автора было защи-щено закрытым авторским свидетельством №27.967 г. Далее идет использование оптических материалов  (рис.12), которые широко применяются во всех объективах кино-видео съемочной, фотосъ-емочной, кинопроекционной аппаратуры, микроскопах, телевизионных и электронных осциллог-рафических трубках, видеокамерах, радиолампах, всех осветительных приборах ,даже наших дома-шних осветительных приборах , окнах в мир света наших жилищ, производств, учебных заведений и многих других областях.

Рис.12. Применение оптических материалов.

 

Конечно, в зависимости от назначения, они имеют свои отличительные чер- ты и характеристики, которые  в тексте книги указываются. А все мощные телескопы исследования других планет не могут обойтись без применения оптических приборов. Дальше идет применение не столь большого объема древесных и текстильных материалов (рис.13), которые идут для применения в качестве корпусов  акустических агрегатов  высокого класса (пластмасса по исследованиям ВНИИРПА плохо воспроизводит и вообще не воспроизводит низкие частоты.

Рис.13.Применение древесных материалов.

 

В качестве древесного материал лучшим является слоистая фанера толщиной от 10 мм (10 Ват акустической мощности) и до 20-30 мм для большой мощности динамических громкоговорителей (динамиков). Пропуская смазочные, лакокрасочные, клеи и герметизирующие материалы под- хожу к завершающим полупроводниковым материалам (рис.14), без которых невозможна вся сов-временная электроника и прогресс человечества. Приведена их классификация и приведены основные характеристики и параметры, на основании которых разработчики выбирают те или иные полупроводниковые приборы и микросхемы.

Рис.14. Применение полупроводниковых материалов.

 

Выводы:

1.Впервые в точном приборостроении, а именно части его, автор написал электронный ва-риант материаловедения в технике регистрации информации на основании своего многолетнего (30 летнего) опыта в конструировании и преподавании в КПИ и университета телекоммуникаций.

2. Электронный вариант и его распечатка охватывает в основном все материалы, применяемые в технике регистрации информации, конструктивные исполнения с этими материалами многих узлов и механизмов.

3. Подобные учебники могут написать другие преподаватели в своих направлениях работы, что улучшит только уровень познания студентами изучаемых предметов. Студентам менеджмента и экономики  подобных курсов очевидно не надо преподавать, только «технарям».

 

Литература:

1. Б.К. Вульф, К.П. Ромадин. ,Авиационное материаловедение.Машиностроение.,М.1967

2. Травников Е.Н. Материаловедение в аппаратуре техники регистрации информации. Электронный  вариант, 1999 г. 400 с.

3. Материаловедение. Под ред. В.С. Чередниченко, «Омега-Л», М. 2007г. 720 с. (общее материаловедение, а не прикладное.

4. Конструкционные и электротехнические материалы Под ред. В.А. Филикова. «Высшая школ», М., 1990 г.293 с.

Comments: 1

Доклад содержит полезную информацию. Удачи автору! Людмила Деева.
Comments: 1

Доклад содержит полезную информацию. Удачи автору! Людмила Деева.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.