مواد و متالورژی کاربردی (علم مواد)

علم مواد (Materials Science) یا مهندسی و علم مواد، جز حوزه های میان رشته ای محسوب می شود که در آن رابطه ی میان ساختار (Structure) و خواص (Properties) مواد مورد بررسی قرار می‌گیرد و بر حسب نیاز روز افزون به تکنولوژی و … به تولید موادی با کاربردهای ویژه یا جدید کمک می کند. با توجه به گستردگي كاربرد مواد مختلف مهندسي در صنعت، آشنايي با اصول علم مواد، شناخت خواص مواد و نحوه ارزيابي آن­ها مي‌­تواند در موارد بسياري راهگشا بوده و به نوعي به عملكرد بهتر و طول عمر بيشتر سازه­‌هاي مهندسي منجر شود.

به‌ طور خلاصه می توان گفت که مهندسی مواد در وهله اول، با کمک میکروسکوپ های مختلف مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، الکترونی عبوری (TEM)، پراش پرتوهای ایکس (XRD) یا تجهیزات مشابه به بررسی ساختار میکروسکوپی مواد مختلف می‌پردازد. در گام دوم، ویژگی و خواص متفاوت مواد مورد بررسی قرار گرفته، تا به روش‌های تولید مواد جدید یا بهبود خواص مواد قبلی ختم شود.

چرا باید دوره مواد و متالورژی کاربردی را بگذرانیم؟

اين دوره مي­‌تواند به عنوان زيربناي درك مسائل مرتبط با مواد و متالورژي براي تمامي مهندسين و تكنسين­‌هايي كه در صنايعي مثل نفت و گاز، نيروگاهي و توربين سازي، خودروسازي، كشتي سازي، هوافضا و ديگر صنايع به نوعي با مسائل مرتبط با مواد و متالورژي مثل انتخاب مواد، جوشكاري، عمليات حرارتي، تامين مواد، بازرسي، كنترل كيفيت و غيره سر و كار دارند بسيار سودمند و كاربردي باشد.

آشنايي صحيح و جامع با علم مواد مي‌تواند به درك كامل‌­تر و در نتيجه بهره‌برداري هرچه بيشتر از ساير دوره‌­هاي صنعتي كمك شاياني نمايد. از جمله اين دوره­‌ها مي­توان به دوره‌­هاي كليد فولاد، شناخت فولادهاي صنعتي، انواع دوره‌­هاي بازرسي­ غير مخرب، دوره‌­هاي جوشكاري، پوشش‌­دهي، عمليات حرارتي، WPS و PQR و نيز آناليز تخريب اشاره نمود.

آنچه این دوره را متمایز می کند چیست؟

نقطه تمایز این دوره با سایر دوره های با اسم مشابه در رویکرد کاربردی و صنعتی بودن آن است. در دوره مواد و متالورژی کاربردی، تنها به بیان مسائل تئوری اکتفا نشده، بلکه کاربرد آن در صنعت مورد بررسی قرار گرفته است. ضمناً از بیان موضوعات صرفاً آکادمیک که کاربردی در صنعت ندارند خودداری شده است.

آنچه می آموزید علم مواد و متالورژی از دیدگاه یک مهندس مواد شاغل در صنعت است نه علم مواد آکادمیک.

مهندسی و علم‌موا‌د، مادر تمام مهندسی‌ها!

بله این علم یکی از اساسی ترین و اصلی ترین رشته‌های مهندسی محسوب می‌شود. لازم به ذکر است که دانش آموختگان سایر رشته‌های مهندسی بایستی با پایه این رشته آشنایی داشته باشند چرا که رشته‌های مهندسی بدون مواد صنعتی ساخته شده توسط مهندسین مواد کارایی ندارند. به عنوان مثال تمام كارايي يك موتور جت، يك سازه­‌ي دريايي قطعات الكترونيكي و غيره به مواد به كار رفته در آن­ها بستگي مستقيم دارد. بنابراين علاوه بر مهندسين مواد، مهندسين ديگر رشته­‌هاي مهندسي نيز لازم است تا با علم مواد آشنايي كافي داشته باشند.

سرفصل دوره مواد و متالورژی کاربردی

فصل اول- آشنايي با مواد مهندسي      

• خصوصيات ماده مهندسي
• دسته بندي مواد مهندسي
• خواص مواد مهندسي
• مقايسه عمومي خواص مواد مهندسي
• دسته بندي سراميك هاي مهندسي
• دسته بندي پليمرهاي مهندسي
• دسته بندي فلزات (آلياژهاي) مهندسي

فصل دوم- ساختار اتم و پيوندهاي اتمي

• تاريخچه اتم
• ساختار اتم
• جدول تناوبي عناصر
• پيوندهاي يوني
• پيوندهاي كووالانسي (اشتراكي)
• پيوندهاي فلزي
• پيوندهاي ثانويه (واندروالس)

فصل سوم- ساختار بلوري جامدات               

• مواد بلوري (كريستالي)
• ساختارهاي بلوري جامدات
• پديده آلوتروپي يا پلي مورفيسم

فصل چهارم- عيوب شبكه بلوري 

• انواع عيوب شبكه
• عيب جاي خالي
• اتم بين نشين
• اتم جا نشين
• نابجايي
• نابجايي خطي
• نابجايي پيچشي
• نابجايي مختلط
• حركت نابجايي ها و تغيير شكل پلاستيك در فلزات
• دانه و مرز دانه
• متالوگرافي و ديدن ساختار دانه بندي فلزات

بخش دوم – متالورژي

فصل پنجم- انحلال و آلياژ        

• مفهوم آلياژهاي فلزي
• حد حلاليت

فصل ششم – دياگرام هاي فازي  

• مفهوم دياگرام فازي
• انواع دياگرام هاي فازي
• نوع اول – حلاليت كامل در فاز مايع و جامد
• محاسبات مربوط به دياگرام هاي فازي
• پديده جدايش (Coring)
• استحاله يوتكتيك – دياگرام نوع دوم و سوم
• دياگرام فازي نوع سوم- حلاليت كامل در حالت مايع و حلاليت محدود در حالت جامد
• استحاله يوتكتوئيد – معمولاً در دياگرام نوع سوم
• استحاله هاي فازي به طور خلاصه
• دياگرام هاي چند جزئي

فصل هفتم – دياگرام فازي آهن-كربن    

• نمودار تعادلي آهن-سمانتيت
• فازها ي مختلف در نمودار تعادلي آهن-كربن
• استحاله هاي موجود در نمودار تعادلي آهن-كربن
• حد حلاليت كربن در فازهاي فريت و آستنيت
• دماهاي بحراني در نمودار تعادلي آهن-كربن

فصل هشتم- ساختارهاي تعادلي آهن-كربن    

• ريز ساختار فولادها
• تأثير مقدار كربن بر خواص فولاد
• تأثير مقدار عناصر آلياژي بر دياگرام آهن كربن
• كربن معادل

فصل نهم – سرد شدن غير تعادلي و  ساختارهاي غير تعادلي آهن-كربن    

• سرعت سرد شدن در فولادها
• مراحل استحاله های فازی
• سرعت سرد شدن در فولادها
• تشكيل فازهاي غير تعادلي (مارتنزيت)
• بينيت
• ارتباط خواص مكانيكي و ساختار فولاد
• خلاصه اي از انواع ساختارهاي موجود در فولادها

بخش سوم دوره مواد و متالورژی کاربردی – عمليات حرارتي

فصل دهم- آشنايي با عمليات حرارتي

قسمت اول- مقدمه

• تاريخچه عمليات حرارتي
• تعريف عمليات حرارتي

قسمت دوم- نمودارهای دگرگونی بر حسب زمان

• نمودارهاي زمان دما دگرگوني (TTT)
• نمودار دگرگوني همدما (IT)
• نمودار دگرگوني ضمن سرد شدن پيوسته (‍‍‍‍‍CCT)

قسمت سوم- انواع عمليات حرارتي براي تشكيل ساختارهاي تعادلي

• همگن كردن يا آنيل نفوذي
• آنيل كردن
• نرماله كردن
• كروي كردن
• بازيابي و تبلور مجدد
• تنش­گيري
• پيرسختي يا رسوب سختي

قسمت چهارم- سختی و سختی‌پذیری

• سختي­پذيري
• آزمون جاميني
• سخت­كاري حجمي (كونچ و تمپر)
• مارتمپر كردن
• آستمپر كردن

قسمت پنجم- عمليات حرارتي براي سخت كردن سطحي

• سخت كردن شعله­اي
• سخت كردن القايي
• كربن­دهي
• نيتراسيون

بخش چهارم – خواص مكانيكي مواد

فصل يازدهم- معرفي خواص مكانيكي مواد    

• خواص مواد مهندسي
• دسته بندي خواص مكانيكي مواد
• مفهوم همسانگردي
• مكانيزم­هاي استحكام بخشي
• اثر اندازه دانه بر استحكام تسليم
• نحوه تعيين عدد اندازه دانه ASTM
• كارسختي (كرنش سختي)
• پيركرنشي
• استحكام بخشي با محلول جامد
• استحكام بخشي با ذرات ريز
• استحكام بخشي با عمليات حرارتي سخت­كاري

فصل دوازدهم-  آشنايي با خواص كششي      

• آزمون كشش
• مفهوم تنش و كرنش
• منحني تنش -كرنش
• منحني تنش -كرنش مهندسي و حقيقي
• داده‌هاي آزمايش كشش
• استحكام تسليم (σ_s)
• استحكام نهايي يا كششي (σ_T.S)
• انعطاف‌پذيري يا داكتيليتي
• مدول الاستيسيته يا مدول يانگ
• قابليت ارتجاعي (U_R)يا خاصيت فنري
• فولادهاي فنر
• چقرمگي يا تافنس
• واژه شناسي استاندارد اروپايي آزمون كشش (DIN/EN/ISO)
• حدود خواص كششي فلزات
• اثر دما بر خواص كششي
• اثر نرخ كرنش بر خواص كششي

فصل سيزدهم- آشنايي با مفهوم ضربه

• آزمون‌ ضربه
• انواع بارگذاري
• هدف از آزمون ضربه
• آزمون ضربه چارپي
• دستگاه تست ضربه
• آزمون ضربه آيزود
• مقايسه آزمون ضربه چارپي و آيزود
• ظاهر سطح شكست ضربه

فصل چهاردهم – انواع شكست و ارتباط آن با دما     

• شكست و انواع آن
• عوامل افزاش تردي (كاهش چقرمگي شكست)
• اثر دما بر چقرمگي شكست
• دماي انتقال نرمي به تردي (DBTT)
• آزمايش انداختن وزنه (DWTT)
• عوامل موثر بر دماي انتقال نرمي به تردي
• علل متالورژيكي غرق شدن كشتي تايتانيك

فصل پانزدهم- آشنايي با سختي 

• تعريف سختي
• انواع روش هاي سختي سنجي
• سختي سنجي به روش خراشي
• سختي سنجي به روش دندانه گذاري
• سختي سنجي روش برينل
• سختي سنجي روش راكول
• سختي سنجي روش ويكرز
• ميكرو سختي سنجي
• روش هاي ميكرو سختي سنجي
• مقايسه انواع روش هاي سختي سنجي
• تبديل واحدهاي سختي به يكديگر
• سختي سنجي به روش ضربه اي
• سختي ضربه اي و روش شور
• سختي سنجي پرتابل
• سختي سنجي پرتابل به روش ليب
• سختي پرتابل به روش آلتراسونيك

بخش پنجم – مكانيزم‌هاي تخريب

فصل شانزدهم-آشنايي با مكانيزم‌هاي تخريب

• علل تخريب با نتش بيشتر از تسليم
• علل تخريب در تنش كمتر از تسليم
• دسته بندي مكانيزم‌هاي تخريب
• اهميت مهندسي سطح در كنترل مكانيزم‌هاي تخريب

فصل هفدهم- شكست

• آشنايي با مكانيك شكست
• تمركز تنش و رشد ترك
• چقرمگي شكست
• آزمون CTOD
• طراحي و چقرمگي شكست
• اثر دما بر چقرمگي شكست

فصل هجدهم- خستگي

• تعريف و تاريخچه خستگي
• نمونه‌هاي فاجعه‌بار شكست خستگي
• مراحل شسكت خستگي
• تنش‌هاي سيكلي
• آزمون خستگي
• منحني وُهلِر (S-N)
• عمر و استحكام خستگي
• رابطه استحكام خستيگي و استحكام نهايي
• سرعت رشد ترك خستگي
• طراحي بر مبناي خستگي
• روش‌هاي بهبود عمر خستگي

فصل نوزدهم – خزش

• تعريف و تاريخچه خزش
• نمونه‌هاي صنعتي خزش
• پديده‌هاي تغيير فرم پلاستيك در دماي بالا
• آزمون خزش
• مراحل مختلف خزش
• اثر تنش و دما بر منحنی خزش
• نقشه‌های مکانیزم تغییر فرم
• مکانیزم­های خزش
• تخمین عمر خزشی
• مواد مقاوم به خزش

فصل بيستم- سايش

• تعريف تريبولوژي
• تعريف اصطكاك
• نعريف سايش
• فرايندهاي مختلف سايش
• سايش لغزشي
• سايش غلطشي
• سايش ضربه­اي
• سايش نوساني
• فرسايش
• مكانيزم‑هاي سايش
• سايش خراشان
• سايش چسبان
• سايش ورقه‌اي
• سايش تريبوشيميايي
• سايش خستگي سطحي
• آزمون‌هاي سايش

فصل بيست و يكم- خوردگي

• تعريف خوردگي
• فجایع ناشی از خوردگی
• خسارت خوردگی
• سرعت (نرخ) خوردگی
• جنبه الكتروشيميايي خوردگی
• رفتار اکتیو-پسیو
• سري پتانسيل الكتروشيميايي (EMF)
• جدول سري گالوانيك در آب دریا
• انواع خوردگي
• خوردگي يكنواخت
• خوردگي گالوانيكي
• خوردگي شياري
• خوردگي حفره ­اي
• خوردگی مرزدانه‌ای
• خوردگی انتخابی
• خوردگي تنشي
• تردی هیدروژنی
• خوردگی در محیط ترش
• روش‌هاي جلوگيري از خوردگي
• حفاظت كاتدي