شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
698

علم و مهندسی مواد

علم مواد (Materials Science) و مهندسی مواد (Material Engineering) یکی از شاخه های فنی و مهندسی است که در همه زمینه های مهندسی مورد استفاده واقع می گردد. مباحث مرتبط در علم و مهندسی مواد به چهار زیرشاخه اصلی تقسیم بندی می شوند که شامل ساختار و ریزساختار (Structure and Micro-structure)، ویژگی ها و خواص (Properties)، روش ها و فرآیندهای تولید (Manufacturing process or Processing) و عملکرد یا کارآیی (Performance) می باشند. در ساختار به نحوه چیدمان اتم ها، مولکول ها و یون ها پرداخته می شود و نظم آنها بر اساس شبکه های بلورین تشریح می گردد. این در حالی است که در مباحث ریزساختار به فازهای تشکیل دهنده ماده، دانه ها (به ویژه در فلزات و آلیاژها)، نحوه چیده شدن فازها و دانه ها در کنار یکدیگر و … پرداخته می شود. ویژگی ها و خواص مواد به چهار شاخه کلی دسته بندی می شوند که شامل ویژگی های شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی و تکنولوژیکی می شوند.

ویژگی های شیمیایی به ذات شیمیایی مواد ارتباط دارند و مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون، قابلیت اشتعال، میزان سمی بودن و … را شامل می شوند. ویژگی های فیزیکی به حالت فیزیکی ماده ارتباط دارند که چگالی، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، خواص فیزیک هسته ای، خواص نوری، حافظه داری شکلی و … از جمله آنها محسوب می شوند. ویژگی های مکانیکی مواد به عکس العمل یا رفتار مواد جامد در برابر تنش ها، نیروها و گشتاورها در شرایط کاری اطلاق می گردد. معیارهایی برای تعیین ویژگی های مکانیکی مواد وجود دارد که استحکام کششی، استحکام تسلیم، استحکام شکست، قابلیت شکل پذیری (درصد ازدیاد طول و درصد کاهش سطح مقطع)، قابلیت چکش خواری، سفتی، سختی، چقرمگی یا تافنس و … نمونه های از آنهاست. برای تعیین این معیارها باید از آزمون های مکانیکی همانند آزمون کشش، فشار، خمش، پیچش، ضربه، سختی، خزش، خستگی و … استفاده کرد. ویژگی های تکنولوژیکی اغلب به تکنولوژی یا فرآیند تولید ارتباط دارند. به عنوان مثال، قابلیت ریخته گری، قابلیت آهنگری، قابلیت ماشین کاری جزء ویژگی های تکنولوژیکی محسوب می شوند. چدن ها دارای قابلیت ریخته گری بسیار خوبی هستند و فولادهای خوش تراش می توانند قابلیت ماشین کاری خوبی از خود نشان دهند.

روش و فرآیند تولید می تواند بر ریزساختار و همچنین ویژگی ها و خواص مواد تاثیر گذار باشد. به عنوان مثال اگه یه قطعه به سه روش ریخته گری، آهنگری و ماشین کاری تولید شود، رفتار متفاوت و عملکرد متفاوتی از خود نشان خواهد داد. در مباحث عملکرد قطعه، شرایط کاری، میزان تنش ها و نیروهای اعمالی، شرایط محیطی و … اهمیت می یابد و معمولاً رفتار ماده تا حتی بعد از شکست نیز مورد ارزیابی قرار می گیرد. آزمون مخرب و آزمون های غیرمخرب که بر روی مواد اولیه و محصولات نهایی انجام می گیرند می توانند بیانگر نحوه عملکرد قطعه در شرایط کاری باشند. پس از شکست نیز اغلب آزمون فرکتوگرافی یا شکست نگاری می توانند نحوه ایجاد شکست و علل آن را آشکار سازد.

باید توجه داشت که در علم مواد فقط مباحث ساختاری، ویژگی های و خواص و فرآیندهای تولید مطرح می گردد و این در حالی است که در مهندسی مواد، علاوه بر این مباحث به نحوه عملکرد قطعه نیز پرداخته می شود. باید خاطر نشان کرد که علم و مهندسی مواد، شاخه ای گسترده از علم است که می تواند در زمینه های فلزات و آلیاژها، مواد سرامیکی، پلیمرها و پلاستیک ها، و مواد مرکب یا کامپوزیت ها متمرکز شود. فلزات و آلیاژها اغلب بر اساس وجود پیوند فلزی در آن ها تعریف می شوند و ذات فلزی وابسته به ذات پیوند فلزی می باشد. در مواد سرامیکی، معمولاً عناصر فلزی با عناصر غیرفلزی پیوند می خورند که اکسیدها، نیتریدها، کاربیدها و سولفیدها نمونه هایی از آن ها محسوب می شوند. باید توجه داشت که موادی همچون الماس و گرافیت نیز در این دسته از مواد جای می گیرند. در حالت کلی می توان مواد سرامیکی را به دو دسته سرامیک های سنتی و سرامیک های جدید دسته بندی کرد.

در پلیمرها، مولکول های آلی یا مونومرها به یکدیگر پیوند می خورند و زنجیره های مولکولی را تشکیل می دهند و در اثر پیوند زنجیره ها به یکدیگر و یا تنیده شدن آن ها در بین یکدیگر ماده پلیمری تشکیل می شود. به این فرآیند اصطلاحاً پلیمری شدن یا پلیمریزاسیون گفته می شود. سبک بودن می تواند به عنوان مهمترین مشخصه پلیمرها محسوب شود که منجر به استفاده از آن ها در کاربردهای فراوانی می شود. یک ماده مرکب یا کامپوزیت از حداقل دو جزء تشکیل شده است که در اثر ترکیب شدن این اجزاء، ماده ای تولید می شود که دارای خواص برتر نسبت به مواد سازنده است. به بیان دیگر، در مواد مرکب، ماده تولیدی ویژگی های دارد که مواد سازنده اولیه به تنهایی این ویژگی ها را  ندارد.

در هر ماده مرکب یا کامپوزیت دو جزء وجود دارد که به جزء پیوسته زمینه یا ماتریکس می گویند و جزئی که موجب تقویت یکی از ویژگی های زمینه می شود را تقویت کننده می گویند. کامپوزیت ها بر اساس جنس زمینه به سه دسته کامپوزیت های زمینه فلزی، سرامیکی و پلیمری دسته بندی می شوند و بر اساس شکل تقویت کننده می توانند به سه نوع تقویت کننده های ذره ای، رشته ای (الیافی) و صفحه ای تقسیم بندی شوند. قابل ذکر است که لمینت ها که دارای ساختار لایه لایه هستند نیز دسته ای از مواد مرکب یا کامپوزیت ها محسوب می شوند. فایبر گلاس ها، فایبر کربن ها، کلولار و ساختار های لانه زنبوری و ساندویچ پانل های فومی نمونه هایی از مواد مرکب هستند که در صنایع هواپیمایی به صورت گسترده کاربرد دارند.

منبع: حمید سازگاران

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.