Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме




Скачать 11,06 Kb.
НазваниеМатериаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме
страница2/9
Дата03.02.2016
Размер11,06 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9

3.1. Предмет материаловедения




Что является предметом материаловедения? Очевидно, наиболее точно на этот вопрос ответят сами материаловеды. Давайте раскроем наугад несколько учебников и познакомимся с тем, что там в этой связи написано (см. список рекомендованной литературы в конце этой главы).

Материаловедением принято называть прикладную науку о строении и свойствах технических материалов; основная ее проблема  установление связи между их составом, структурой и свойствами. Основной практической задачей материаловедения является получение материалов с заданными свойствами. Составной частью материаловедения является металловедение  наука, изучающая связь состава, строения и свойств металлов и сплавов в различных термодинамических условиях [56]. Основы научного металловедения были заложены великими русскими металлургами П.П. Аносовым и Д.К. Черновым1. Как отмечает один из ведущих российских материаловедов И.И. Новиков [61], "...главное в металловедении  это учение о связи между строением и технически важными свойствами металлов и сплавов..." Металловедение можно условно подразделить на теоретическое и прикладное. Теоретическое металловедение изучает природу металлов и сплавов, законы, по которым изменяются свойства и структура сплавов в зависимости от состава и различных видов воздействий. Прикладное металловедение позволяет подбирать металлы или сплавы для определенных конструкций, машин или изделий, исходя из их физико-механических свойств.

Что ж, как говорится, понятно и доступно. Познакомимся теперь с тем, как же на практике материаловеды решают свои задачи. Объектом исследования у материаловеда служат, как можно судить по содержанию любого учебника по материаловедению, чистые металлы, сплавы на основе наиболее широко используемых на практике металлов: железа, титана, алюминия, магния, меди, никеля и других,  композиционные материалы, порошковые стали и сплавы, сплавы на основе интерметаллидов, аморфные и микрокристаллические сплавы и т.д.

А что такое материал, чем характеризует его материаловед, т.е. какие конкретные данные о материале заносит он в его паспорт? Большую часть информации о структуре материала материаловед получает со шлифа. Шлиф для материаловеда  это огромная картина, целая страна, населенная самыми разными "существами". На рис. 3.1.2 приведены фотографии некоторых шлифов, типичные "картинки" с натуры. Механику эти картинки очень мало о чем говорят. Между тем для любого материаловеда такие картинки  его мир. Он в нем живет. Он может часами взахлеб рассказывать о том, что изображено на этих картинках, что они означают, почему на одной картинке такие-то “существа”, а на другой  другие... Несколько лет назад, когда авторы еще только знакомились с материаловедами, один из них "попал в лапы" такому увлеченному ученому. Как и любой другой влюбленный в свое дело исследователь, специалист-материаловед с жаром рассказывал притихшему от неожиданности слушателю о тех проблемах, которыми он в то время был озабочен. При этом все свои соображения он подкреплял все новыми и новыми фотографиями. Когда счет снимков перевалил за сотню, голова слушателя гудела как потревоженный улей, и он решительно не мог понять, в чем отличие между показываемыми ему фотографиями. Но зато теперь он твердо знал, что настоящим материаловедом стать невозможно, если не развить в себе склонности к образному мышлению. Может, именно этим обстоятельством вызван тот факт, что сами материаловеды до сих пор не пришли к единому мнению относительно смысла и значений тех специальных терминов, которыми они пользуются в своей практике. Возможно, здесь вполне уместно сравнить впечатление от объекта материаловедения с впечатлением о горных вершинах, например Гималаями. В самом деле, сколько бы людей ни видело Гималаи,  у каждого из них они останутся в памяти неизгладимым воспоминанием. При этом каждый будет использовать совершенно различные слова, хотя говорить все будут об одном и том же. Видимо, так же обстоит дело и в материаловедении. Поэтому авторы заранее приносят извинения тем материаловедам, кому представленное ниже толкование некоторых терминов покажется спорным. В данном случае цель будет состоять не в том, чтобы строго определить тот или иной термин, а в том, чтобы пояснить механику, о чем примерно идет речь.






а)


b)




Р и с. 3.1.2. Три типа микроструктуры в одном и том же титановом сплаве ВТ9:

a) пластинчатая;

b) микордуплекс;

c) бимодальная

(фото любезно предоставлены М.В.Караваевой  ИПСМ РАН)

c)






Итак, слово "шлиф" для материаловеда  это то же самое, что "образец" для механика. Для того, чтобы получать информацию со шлифа, недостаточно просто посмотреть на него в микроскоп. Каким образом и какую информацию снимать со шлифа и как ее обрабатывать  совсем не такая простая задача, как это может показаться на первый взгляд. Для решения этой задачи создана специальная наука  металлография. Объективно существует ряд принципиальных трудностей в получении информации со шлифа. Одной из них является необходимость определения количественных параметров трехмерных объектов по информации, получаемой при исследовании их плоских сечений. Эта проблема является предметом специальной науки  стереометрической металлографии. Другая трудность состоит в идентификации полученных изображений: далеко не всегда очевидно, чтó именно изображено на том или ином снимке. Различные участки шлифа могут отличаться строением кристаллической решетки, ее ориентацией в пространстве, химическим составом и т.д. Чтобы выявить эти различия, необходимо правильно подобрать травители, масштаб увеличения, способ регистрации (оптическая или электронная микроскопия или же рентген). Все это составляет "кухню" материаловеда и зачастую является больше искусством, чем ремеслом. В результате своих исследований материаловед получает так называемую диаграмму состояния, которая содержит информацию о том, какие типы кристаллической решетки и какие фазы являются термодинамически равновесными при разных температурах и химическом составе (подробнее о диаграмме состояния см. п.3.2). Можно без преувеличения сказать, что диаграмма состояния для материаловеда имеет такое же важное значение, как диаграмма "напряжениедеформация" для механика. Кроме диаграммы состояния, материаловед заносит в паспорт материала также и некоторые другие параметры материала,  прежде всего, наличие и количественные характеристики различного рода дефектов кристаллического строения (дислокаций, дисклинаций, дефектов упаковки, границ разориентации и т.д.  подробнее см. п. 3.3).

Какое экспериментальное оборудование используется в материаловедении? Как уже выше отмечалось, это прежде всего различного рода микроскопы (оптические, электронные, рентгеновские). Чтобы грамотно обработать полученную с помощью этого оборудования информацию, материаловеды используют специальные методики, некоторые из которых описаны в п.3.5.

А какими же средствами воздействия на материал располагает материаловед? Каким образом он может стремиться к достижению своей заветной цели  созданию материалов с заданными свойствами? Ответ одновременно и прост, и совсем не прост: имеются только два основных "средства" воздействия на материал  это температура и деформация. Их использование с целью целенаправленного изменения структуры материала принято называть термомеханической обработкой материалов. Но тут механик может "встать на дыбы" и сказать: "Извините, но термообработка  это температурное, т.е. макровоздействие, точно так же и механическая обработка  это тоже макровоздействие”. Это действительно так. Более того, материаловеды и цели свои формулируют в макротерминах. В самом деле, целью материаловеда является получение материалов с заданными макросвойствами, например, большей прочностью или повышенной пластичностью, или высокой жаропрочностью, или длительной прочностью т.д. И результат материаловедческий  это макрорезультат: должна быть повышена, скажем, прочность или жаростойкость и т.д. В чем же тогда заключается различие между подходами механиков и материаловедов?

Прежде чем попытаться ответить на этот вопрос, сделаем небольшое отступление. Для этого возьмем "материаловедческие" журналы и посмотрим, что там обычно пишут. В России самым "материаловедческим", видимо, следует признать журнал "Физика металлов и металловедение". Давайте откроем наугад любой номер этого журнала, например выпуск 6 за 1989 г., и пробежимся по его содержанию. Что мы видим? Все статьи подразделены на 4 основные рубрики. 1.Теория металлов. 2.Электрические и магнитные свойства. 3.Структура, фазовые превращения и диффузия. 4.Прочность и пластичность. Что представляет собой стандартная научная публикация по материаловедению? Схематично говоря, работа считается сделанной, если указан конкретный механизм, который отвечает за тот или иной факт (например, повышенную прочность того или иного сплава или его низкую пластичность). Кроме того, должен быть дан анализ того, как этот механизм работает в рассматриваемом материале,  эффективно или неэффективно  и каким образом можно его задействовать или, наоборот, подавить. Таким образом, нормальная научная работа по материаловедению состоит в том, чтобы от фактов макроуровня, которые нужно или объяснить, или получить, материаловеды "добираются" до структуры; на языке структуры обсуждают и по-своему решают рассматриваемую проблему, а потом “возвращаются назад”. Например, материаловеды утверждают, что для повышения предела прочности необходимо увеличить плотность дислокаций в материале. Поскольку никто не умеет "закачивать" дислокации в материал, материаловеды переводят этот свой вывод  "необходимо увеличить плотность дислокаций"  на “макроязык”: оказывается, это примерно то же самое, что и увеличить степень деформации; так что конечная рекомендация материаловеда формулируется на "нормальном" для механика макроязыке.

Если бы материаловеды не делали такого “возвращения назад”, материаловедение представляло бы собой некую абстрактную и вряд ли необходимую для практики "чистую науку", однако материаловедение действительно "выдает на гора" материалы с нужными свойствами, которые механики исследуют своими методами. В этом смысле материаловеды и механики работают вместе в одном и том же направлении: если первые целенаправленно ищут наиболее эффективные методы воздействия на структуру, и, как следствие этого, на макрохарактеристики материала, то механики интересуются тем, каким образом ведет себя материал при различных макровоздействиях на него.

Таким образом, задача материаловедческая ставится в макротерминах, а объекты, с которыми работает материаловед, и методы, которыми он при этом пользуется,  специальные. Необходимо заметить, что такое положение дел не может не приводить к определенным “издержкам”, затрудняющим поиск взаимопонимания между механиками и материаловедами. В частности, во многих материаловедческих работах часто можно встретить знакомые механикам термины "прочность", "пластичность", "деформация", "напряжение" и т.д. Кроме того, в статьях часто приводятся родные сердцу механика диаграммы напряжениедеформация. Отсюда следует, что материаловеды широко используют не только свои специальные, но и известные каждому механику термины. Однако что же они понимают под ними?

“Деформация  что может быть проще и понятнее!”  воскликнет механик. Само слово происходит от латинского deformatio, что в переводе означает "искажение". Толковый словарь Ожегова [63] слово "деформировать" толкует как "изменять форму чего-либо". Однако совсем не так трактует это понятие материаловед. Напомним, что его основной практической задачей является получение материалов с заданными свойствами. А это может быть сделано только путем целенаправленного воздействия на структуру материала. Какие средства имеются для этого у материаловеда? Ответ дан выше: нагрев, деформирование и их всевозможные комбинации. Таким образом, температура и деформация играют в материаловедении примерно такую же роль, как у кузнеца молот. Это инструмент для воздействия на структуру, а не объект исследования. В частности, материаловеды используют деформацию не для того, чтобы получить материал с заданной формой (как это обычно делает специалист в области обработки металлов давлением), а для того, чтобы получить материал с нужной структурой. При этом, как это ни парадоксально, изменение формы материала материаловед рассматривает как побочное, а иногда даже и "вредное" следствие деформационной обработки материала.

Итак, материаловеды часто пользуются теми же понятиями, что и механики, однако вкладывают в них иной смысл. Неудивительно поэтому, что механикам довольно тяжело читать стандартные материаловедческие статьи, где доминирует образная информация, а любые количественные показатели рассматриваются только как дополнительный (и не самый обязательный) аргумент при обосновании тех или иных материаловедческих гипотез.

В заключение этого раздела добавим несколько слов о физиках, т.е. специалистах, работающих на микроуровне,  на уровне атомов, молекул и их конгломератов. В отличие от материаловедов, которым, как уже отмечалось выше, присущ образный стиль мышления, которые больше доверяют своим чувствам, чем сухому языку цифр, есть еще и физики-теоретики, специалисты в области физики твердого тела, широко использующие математический аппарат в своих работах. Они пишут в своих статьях формул не меньше, чем механики и, вообще говоря, по уровню математической сложности многие физические модели могут не только поспорить, но и дать фору механическим моделям материалов и процессов. Здесь почти не говорится о них по разным причинам  объективным (это выходит за рамки проблем, которым посвящена книга) и субъективным (недостаточная компетентность авторов).

Большинство физических моделей СП позволяют получить уравнения типа определяющих соотношений, однако они содержат большое количество “микропараметров” и описывают работу того или иного микромеханизма (а не механическое поведение материала). Очевидно, что эти соотношения не могут быть непосредственно включены в постановки краевых задач механики, и нужен долгий путь движения навстречу друг другу и целенаправленный поиск “точек соприкосновения”, представляющих взаимный интерес для физиков и механиков. Основная проблема заключается в том, что "подняться" с микроуровня на макроуровень достаточно сложно, тем не менее, прогресс в этом направлении возможен.

Подведем некоторые итоги. Что такое материаловедение?

Материаловедение  это наука о связи между составом, строением и свойствами материалов. Паспорт материала включает в себя диаграмму состояния и сведения о дефектах кристаллического строения. Основной тезис материаловеда, его “жизненное кредо”: структура определяет свойства. Основное оружие материаловеда: микроскоп и фотоаппарат (телекамера). Основной метод исследования: постановка проблемы на макроязыке; перевод ее на мезоуровень; решение проблемы специальными средствами; возвращение на макроуровень для выработки практических рекомендаций. Средства описания в основном образные  фотографии, диаграммы, словесные портреты. Средства воздействия на материал  температура и деформация. Основной практический выход: создание материалов с заданными свойствами.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon-
Современная Русская публицистика не обходит вниманием "украинскую тему". Однако, касаясь тех или иных ее частных сторон, с загадочным...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconК урокам обобщения по русскому языку
Процесс обучения представляет в настоящее время сложную, методологически развивающуюся деятельность в системе «ученик – учитель»,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Развитие эмоционально чувственного опыта у детей через театрализованную деятельность»
«Все дети, решительно все, рождаются талантливыми в той или иной области искусства. Бездарность ребёнка всегда результат воспитания,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconНаучный метод исследования религии
Наука же в своих исследованиях религии опирается на эмпирический материал, фактические данные, полученные на основе непосредственных...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредисловие от переводчиков
Для множества фигурирующих в книге Гейтса понятий в русском языке еще нет устоявшихся терминов, и мы оказались вынуждены взять на...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредварительные усилители и фильтры
Эти решения защищены не только патентами. В них используют заказные микросхемы, маркировка типовых элементов уничтожается, принципиальные...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Преемственность в работе доу и школы» (2ч)
Преемственность- это специфическая связь м/у разными этапами развития, сущность которой состоит в сохранении тех или иных элементов...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗадача годового курса (40 лекций + 40 семинарских занятий) ознакомить слушателей с теоретическими основами современной механики деформируемого твердого тела (мдтт),
Мдтт, показать единое целое механики конструкций и механики материалов, задачи моделирования, технологических задач, оптимального...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗначимость конфессиональных отношений в стабилизации современных социальных процессов
Она может выступать как фактор возникновения, формирования и легитимизации тех или иных форм социальных действий, социальных отношений....
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПаспорт проекта наименование проекта
И теперь возникла большая необходимость её заполнить. Наше сегодняшнее желание знать, какой же была народная игрушка, как ею играли,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница