Специальность «материаловедение и технологии материалов»

Содержание:

1. Цель, задачи и содержание курса
2. Основы металлургического производства
   1. Литейное производство
      1. Изготовление литейных форм и стержней
      2. Машины и механизмы, применяемые в литейном производстве
      3. Металлы и сплавы, применяемые для получения отливок
      4. Процесс изготовления отливок
   2. Схема доменного производства
      1. Основные продукты доменного производства
   1. Металлургия стали
      1. Конвертерное производство стали
      2. Мартеновский способ выплавки стали
      3. Выплавка стали в электропечах
      4. Раскисление стали (завершающая операция)
      5. Строение стального слитка
   2. Производство других металлов
      1. Металлургия меди
      2. Металлургия титана
      3. Процесс получения алюминия электролизом
   3. Основы порошковой металлургии
      1. Методы получения порошков
      2. Формование порошков
      3. Спекание и его разновидности
      4. Порошковые материалы и изделия
   4. Напыление материалов. Сущность, методы и оборудование
      1. Вакуумное напыление
      2. Газотермическое напыление (ГТН)
      3. Методы газотермического напыления
      4. Назначение металлических газотермических покрытий
3. Способы получения заготовок
   1. Методы изготовления деталей для машиностроения
      1. Классификация материалов, применяемых в современном машиностроении
      2. Пути повышения качества и эффективности использования композиционных материалов
   2. Получение заготовок литьем. Специальные способы литья
      1. Способы литья их преимущества и недостатки
      2. Кокильное литье или литье в металлические формы
      3. Центробежное литье
      4. Литье под давлением
      5. Литье в оболочковые формы
      6. Литье по выплавляемым моделям
   3. Обработка материалов давлением (ОМД)
      1. Явление возврата и рекристаллизации
      2. Прокатка
      3. Прессование
      4. Волочение
      5. Ковка
      6. Штамповка
4. Сварка металлов
   1. Сущность процесса сварки
      1. Сварка пластическим деформированием
      2. Сварка плавлением
      3. Структурно-фазовые превращения при сварке
   2. Электрическая дуговая сварка
      1. Сущность электродуговой сварки
      2. Классификация дуговой сварки
      3. Строение и свойства электрической дуги
      4. Условия устойчивого горения сварочной дуги
      5. Ручная дуговая сварка
      6. Полуавтоматическая дуговая сварка
   3. Автоматическая сварка
      1. Технологические особенности сварки закрытой дугой
      2. Флюсы применяемые для автоматической сварки
      3. Технология автоматической сварки под флюсом
      4. Электрошлаковая сварка
   4. Электрическая контактная сварка
      1. Точечная сварка
      2. Шовная сварка
   5. Специальные способы сварки
      1. Электронно-лучевая и лазерная сварка
      2. Сварка взрывом
      3. Сварка трением
   6. Источники тока для питания сварочной дуги
   7. Дефекты сварных соединений и причины их образования
   8. Пайка материалов
      1. Способы пайки
      2. Материалы для пайки
      3. Способы пайки в зависимости от источника энергии
      4. Типы паяных соединений
      5. Подготовка деталей к пайке
5. Обработка металлов резанием
   1. Общие сведения
      1. Движения в процессе обработки заготовки
      2. Приводы и передачи станков
      3. Элементы режима резания
      4. Геометрия инструмента
   2. Назначение и технологические возможности метода обработки точением
      1. Обработка заготовок на станках токарной группы
      2. Сверлильно-расточные работы
      3. Обработка заготовок на сверлильных и расточных станках
      4. Фрезерование
6. Электрофизические и электрохимические способы обработки конструкционных материалов
   1. Электроэрозионная обработка
   2. Электрохимическая обработка
   3. Анодно-механическая обработка
   4. Ультразвуковые методы обработки металлов и неметаллических материалов

Виртуальная и дополненная реальность

По данным Statista, рынок AR и VR в 2020 году оценивался в $18,8 млрд. Это в три раза больше, чем в 2016-м. Аналитики PwC в 2019 году прогнозировали, что число сотрудников, использующих VR и AR в своей работе, вырастет с 500 тыс. до 23 млн к 2030 году.

Сегодня эти технологии используют в здравоохранении — чтобы обучать хирургов или проводить операции с данными диагностики в виде голограмм и онлайн-консилиумом врачей. В начале февраля 2021 года Microsoft провела онлайн-трансляцию 12 операций, выполненных в MR — смешанной реальности. Хирурги из 13 стран смогли подключиться в режиме онлайн и видеть все данные диагностики в виде голограмм и консультировать друг друга.

В ретейле AR позволяет примерить товары, поместить мебель в интерьер перед покупкой, а также получать персонализированные предложения. К примеру, производитель игрушек Mattel (куклы Барби и др.) использует дополненную реальность для игрушечных машинок Hot Wheels. Покупатели могут направить свой смартфон на конкретную модель, чтобы поиграть с ней на любых поверхностях:

В IKEA с помощью VR-гарнитуры вы можете представить, как будет выглядеть ваша кухня с выбранной мебелью.

В образовании дополненная и виртуальная реальность помогают глубже вовлечь в процесс и в деталях смоделировать среду, которую изучают в классе. Технологию используют и в корпоративном обучении. Tyson Foods — международная корпорация по производству продуктов питания — применяет VR, чтобы обучать сотрудников технике безопасности на производстве. В результате производственных травм стало на 20% меньше.

Архитекторы и дизайнеры представляют проекты в масштабе 1:1 с помощью виртуальной и дополненной реальности вместо обычных 3D-рендеров:

ThyssenKrupp Elevator, поставщик транспортных систем, эскалаторов и лифтов, запустил в Азии и на Ближнем Востоке и залы виртуальной реальности с демонстрацией городских транспортных решений.

В автомобильной промышленности VR позволяет инженерам экспериментировать с дизайном и конструкцией новых моделей на стадии разработки концепта. Такой подход используют, к примеру, в Hyundai:

Но главной сферой, где виртуальная и дополненная реальность особенно востребованы, остаются игры и развлечения. Помимо VR-игр и симуляций, в разных странах действуют целые парки развлечений с использованием виртуальной реальности: например, Europa-Park в Германии или VR Star в Китае.

Быстрее всего в ближайшие семь лет будет расти рынок устройств с распознаванием жестов — перчатки для VR и AR: по данным Grand View Research, с 2021 по 2028 года ежегодный рост рынка составит в среднем 18%.

Особенности направления

Инженеры, получившие подобную специализацию, занимаются подготовкой заданий на разработку проектной документации, проводят патентные исследования, направленные на создание инновационных направлений. Они ищут оптимальные варианты переработки и обработки различных материалов, устройств, установок, их технологического оснащения с помощью автоматических систем проектирования.

Дипломированные специалисты проводят оценку экономической рентабельности определенного технологического процесса, принимают участие в проведении анализа альтернативных способов производства, организуют обработку и переработку продукции, участвуют в процессе сертификации изделий, технологий.

GPT-3

На сегодняшний день самая совершенная нейросеть на базе NLP (то есть, алгоритмов распознавания текста) — GPT-3. Это нейросеть-трансформер, которая способна генерировать связные ответы в диалоге с человеком. Объем используемых ей данных и параметров в 100 раз превосходит предыдущее поколение — GPT-2.

Однако даже самые продвинутые трансформеры, обученные на огромных массивах данных не понимают смысла слов и фраз, которые они генерируют. Для их обучения нужны огромные массивы данных и вычислительные ресурсы, которые, в свою очередь, оставляют большой углеродный след. Еще одна проблема — несовершенство датасетов для обучения нейронных сетей: тексты в интернете часто содержат искажения, манипуляции и откровенные фейки.

Индустрия 4.0

«Заходит в бар Илон Маск»: нейросеть GPT-3 научили рассказывать анекдоты

Одно из самых перспективных направлений в развитии ИИ и нейросетей — это расширение диапазона восприятия. Сейчас алгоритмы умеют распознавать изображения, лица, отпечатки пальцев, звуки и голос. Они также умеют говорить и генерировать изображения и видео, имитируя наше восприятие разных органов чувств. Ученые MIT отмечают: чтобы приблизиться к человеку ИИ не хватает эмоционального интеллекта и чувств. В отличие от ИИ, человек умеет не только обрабатывать информацию и выдавать готовые решения, но и учитывать контекст, множество внешних и внутренних факторов, а главное — действовать в условиях неопределенности и меняющейся среды. Например, алгоритм AlphaGo от компании DeepMind способен обыграть чемпиона мира по го и шахматам, но все еще не может расширить свою стратегию за пределы доски.

Пока что даже самые продвинутые алгоритмы, включая GPT-3, находятся лишь на пути к этому. Сейчас перед разработчиками стоит задача создать мультимодальные системы, которые бы объединили распознавание текста и сенсорное восприятие для обработки информации и поиска решений.

Индустрия 4.0

На что способна нейросеть GPT-3

Трудоустройство, зарплата и карьера

Специалист по материаловедению может проявить себя в различных сферах деятельности. Такая универсальность делает профессию одной из наиболее востребованных в России. Возможные места работы:

• военная промышленность;
• IT-компания;
• научно-исследовательский институт;
• заводская лаборатория;
• компания, занимающаяся робототехникой;
• фирма, разрабатывающая и внедряющая системы автоматизации.

В большинстве случаев материаловеды получают хорошую зарплату. Её размер у молодых специалистов составляет 25—30 тыс. рублей, у профессионалов — до 100 тыс. рублей. Величина оклада зависит от множества различных факторов, начиная со степени квалификации сотрудника и заканчивая местом работы.

Прекрасную карьеру может построить не только материаловед, который стал учёным и написал множество научных трудов, но и простой работник предприятия (инженер, материаловед-химик и т. д. ). В первом случае специалист имеет шанс получить различные учёные степени и занять руководящие должности в НИИ, во втором — пройти путь от рядового сотрудника до начальника отдела, подразделения или всего предприятия. В любом случае придётся много учиться и постоянно повышать свой профессиональный уровень.

Кем работать?

Основная специальность – материаловед, но есть и смежные вакансии, которые может занять выпускник профильного ВУЗа. Это:

• инженер по наноэлектронике;
• исследователь;
• композитчик;
• машиностроитель;
• металловед;
• конструктор новых сплавов.

Ежегодно перечень предложений расширяется, появляются новые перспективные профессии, которые эксперты рынка труда называют профессиями будущего.

Материаловед

Основная обязанность материаловеда – изучение структуры и свойств материалов и дальнейшее создание прочных, легких, экологически чистых модификаций на их основе.

В последнее десятилетие приоритетом является создание новых товарных упаковок, которые могут перерабатываться или быстро и без последствий разлагаются.

Второе не менее важное направление – поиск решений, которые существенно сократят образование бытовых отходов. Материаловеды также тщательно изучают возможности использования материалов в новых сферах и для реализации новых целей

Наноэлектроник

Специалист по наноэлектронике сосредоточен на создании микроэлектроники, нанотехники, микросхем из инновационного сырья, другими разработками в этом направлении.

Исследователь

Из названия понятно, что инженер-исследователь генерирует идеи, воплощает их в новое сырье, продукцию, изучает ее свойства и участвует в исследованиях.

Для такой работы необходим технический склад ума, усидчивость, хорошее знание математики и математического моделирования, умение составлять нормативно-техническую документацию.

Композитчик

Еще одна профессия, появление которой эксперты рынка труда прогнозируют в 2020 году. Композитчик будет заниматься преимущественно композитными материалами, подбирать наиболее оптимальные образцы для изготовления деталей, узлов, запчастей и других изделий.

Выбор базового материала во многом определяет способ производства. Акцент – на изготовление продукции методом 3D-печати.

Машиностроитель

У специалиста по материалам в сфере машиностроения узкая специализация – он сосредоточен на подборе и усовершенствовании материалов для изготовления деталей, кузова автомобилей, средств автоматики.

В его обязанности входит проведение расчетов, проектирование (если речь идет о выпуске новых станков и механизмов), осуществлении авторского надзора на всех стадиях реализации проекта.

Металловед

Основная задача инженера-металловеда – проектирование, создание, тестирование, доработка и модернизация сплавов металлов, дальнейшее внедрение их в производство.

Способы изготовления продукции из новых сплавов с учетом их структуры и других особенностей также подбирают металловеды.

Инженеры-металловеды работают в крупных металлургических концернах, а также в профильных НИИ.

Конструктор новых сплавов

В настоящее время известно порядка 100 элементов, образующих сплавы. Конструктор занимается изучением свойств каждого элемента и моделирует новые сплавы, прогнозируя их прочность, упругость, термические характеристики.

Возможных сочетаний и комбинаций могут быть сотни тысяч. Конструирование новых многокомпонентных сплавов позволяет получить материал с конкретными свойствами, наиболее полно соответствующими эксплуатационным параметрам готового изделия.

Специфика обучения

Бакалавры в этом профиле обучаются следующим навыкам:

• подбирать информацию об имеющихся материалах, используя базы данных, а также разнообразные литературные источники;
• анализировать, отбирать, оценивать по эксплуатационным характеристикам материалы, выполняя при этом структурный комплексный анализ;
• коммуникативным навыкам, а также умению работать в команде;
• собирать информацию в сфере осуществляемых экспериментов, составлять отчеты, обзоры, определенные научные публикации;
• оформлять документы, записи, протоколы опытов.

Бакалавры имеют навыки проверки создаваемых проектов на полное соответствие всем законодательным нормативам. Они проектируют высокотехнологические процессы, предназначенные для начальных исследовательских и проектно-технологических структур, организуют и оснащают рабочие места необходимым оборудованием.

Общие сведения

Изучение любой специальности следует начинать с рассмотрения её основных характеристик. Эта информация поможет определить сильные и слабые стороны профессии, особенности выбора сотрудников и варианты обучения.

Направления исследований

Материаловедение — это наука, которая занимается изучением различных свойств материалов. Она разделена на 5 основных направлений, среди которых есть не только современные, но и немного устаревшие.

Перечень направлений:

• космическое;
• нанотехнологии;
• кристаллография;
• металлургия;
• биоматериалы.

Плюсы и минусы

Человек, который хочет связать свою жизнь с материаловедением, должен знать достоинства и недостатки специальности. Это даст возможность лучше понять особенности будущей профессии и заранее подготовиться к неприятным моментам. Главные преимущества:

• большое количество учебных заведений;
• престижность;
• простота трудоустройства;
• достойная заработная плата;
• возможность быстрого карьерного роста.

Отрицательные моменты:

• необходимость получения высшего образования;
• частые командировки;
• высокая ответственность.

Важные качества специалистов

Специалисты по материаловедению должны обладать определёнными личными качествами. Они помогут сотруднику полностью раскрыть способности и добиться успехов в работе. Необходимые качества:

• ответственность;
• педантичность;
• скрупулёзность;
• аналитический склад ума;
• склонность к изучению точных наук;
• любознательность;
• стремление помогать;
• коммуникабельность.

Требования и обязанности

Чтобы человек мог хорошо справляться с поставленными задачами, он должен отвечать всем требованиям, предъявляемым к представителям профессии. Их не слишком много, поэтому отбор кандидатов проходит большинство специалистов. Основные требования:

• высшее образование в профильном вузе;
• глубокие познания в математике, физике, химии, материаловедении и других науках;
• опыт работы со специальными приборами (спектроскопом, разными видами микроскопов, прессами, печами, электрохимическими аппаратами);
• умение работать в команде и перенимать опыт у коллег;
• постоянное повышение квалификации;
• хорошее состояние здоровья.

Общие обязанности:

• подготовка проектов по внедрению современных технологий в производственный процесс;
• применение, утилизация или изменение свойств различных материалов;
• проведение испытаний и тестирование образцов;
• анализ итоговых результатов;
• наладка специального оборудования и уход за ним;
• ведение документации и составление отчётов о проделанной работе.

Обучение профессии

Выпускники школ, которые хотят получить высшее образование, часто выбирают профессию инженер-материаловед. Такая особенность обусловлена универсальностью специальности, большим количеством бюджетных мест в вузах и относительной простотой поступления.

Выбирая учебное заведение, нужно заранее знать, какие экзамены придётся сдавать на ЕГЭ. Наиболее популярными предметами являются:

• русский язык;
• математика;
• физика;
• химия.

Некоторые вузы также требуют сдачу иностранного языка и информатики.

Чтобы стать материаловедом, нужно выбирать соответствующие специальности. Альтернативой может стать учёба на факультетах материалографии, машиностроения и металлообработки. Поступившие студенты могут выбирать очную, заочную или смешанную форму обучения. Для получения степени бакалавра придётся учиться 4—5 лет, магистра — 6—7 лет. Лучшие вузы России:

• Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва);
• Челябинский государственный университет (Челябинск);
• Тольяттинский государственный университет (Тольятти);
• Оренбургский государственный университет (Оренбург);
• Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина (Екатеринбург).

Конкурентные преимущества

 Выпускник программы «Materials Science (Материаловедение)» способен:

• осуществлять научно-исследовательскую работу в области современного материаловедения, создания новых материалов, исследования их свойств, разработки технологии их получения, конструирования материалов с заданными свойствами на базе компьютерных технологий;
• осуществлять производственно-технологическую деятельность, обеспечивающую внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок, востребованных на мировом рынке в области производства, применения и диагностики наноматериалов и покрытий;
• осуществлять поиск и получение новой информации, необходимой для решения инженерных задач в области интеграции знаний применительно к своей сфере деятельности, к активному участию в инновационной деятельности предприятий и организаций, в том числе транснациональных компаний;
• обосновывать и отстаивать собственные заключения и выводы в аудиториях разной степени профессиональной ориентации, заниматься организационно-управленческой деятельностью в междисциплинарных областях производства, осознавать ответственность за принятие своих профессиональных решений, работать в интернациональной команде.

Выпускник программы «Материаловедение и технологии материалов» способен:

• осуществлять научно-исследовательскую работу в области современного материаловедения, создания новых материалов, исследования их свойств, разработки технологии их получения, конструирования материалов с заданными свойствами на базе компьютерных технологий;
• осуществлять производственно-технологическую деятельность, обеспечивающую внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок, востребованных на мировом рынке в области производства, применения и диагностики наноматериалов и покрытий;
• разрабатывать наноматериалы и покрытия новых поколений;
• решать проблемы промышленных предприятий, включая управление проектами, обучение персонала, выбор и проведение исследовательских работ.

Выпускник программы «Производство изделий из наноструктурных материалов» способен:

• работать на современных технологических установках, приборах анализа и контроля наноструктур;
• применять специализированное и распространенное программное обеспечение;
• адаптироваться к динамике мирового развития производства разнообразных изделий из нанокерамики, нанокомпозитов, других материалов на основе нанопорошков;
• ориентироваться в океане информации о такой междисциплинарной сфере, как наноиндустрия, включающей огромный спектр разнообразных технологий;
• применять знания иностранного языка в сфере профессиональной коммуникации;
• работать в команде для решения комплексных задач;
• создать и организовать новое производство.

Перспективы

Технолог и художник по материалам может реализовать творческий потенциал в мастерских по обработке гранита, мрамора, других камней, на ювелирных фабриках, в компаниях, занимающихся разработкой промышленного дизайна.

Одна из наиболее востребованных и прибыльных сфер деятельности – дизайн и изготовление памятников, надгробий. Мастера получают фиксированный оклад и процент от заказов. Оплата труда специалистов без опыта или с минимальным опытом стартует с 45-50 тысяч рублей.

Кем еще может работать выпускник факультета «Технологии обработки материалов»? На рынке труда есть спрос на:

• дизайнеров мебели, изделий из керамики и малой пластики;
• специалистов по созданию и росписи витражей;
• 3D дизайнеров;
• художников по металлу, дереву, стеклу.

Промышленный дизайнер

Востребованная профессия с хорошими перспективами. Промышленный дизайн охватывает разные производства:

• текстильное;
• кожгалантерейное;
• мебельное;
• деревообрабатывающее;
• автомобилестроительное;
• проектирование машин, станков и другого оборудования.

Главная задача промышленного дизайнера – придумать и создать продукцию, в которой эргономика сочетается с эстетикой и функциональностью.

Эргономичность готовых образцов – основной критерий оценки работы специалиста. Работа над проектом включает все этапы: от создания эскиза и его визуализации до конструирования отдельных элементов продукта и презентации его прототипа.

Промышленные дизайнеры часто участвуют в научных исследованиях, касающихся эргономики, а также контролируют испытания опытных образцов перед их запуском в серийное производство.

Востребованному работнику нужны знания в области инженерии, механики, рисования, а также чувство стиля и цвета. Промышленные дизайнеры не создают чертежи самостоятельно – их задача сводится к оптимизации существующих товаров, чтобы повысить их эстетическую и практическую ценность, привлекательность в глазах потребителей.

Заработная плата по России в среднем – 70-75 тысяч рублей. Крупные компании предлагают штатным сотрудникам 150-170 тысяч рублей.

Дизайнер-визуализатор

Визуализатор разрабатывает и оформляет 3D-объекты. Его услуги востребованы в рекламе, киноиндустрии, при разработке сайтов, компьютерных игр, мобильных приложений.

Все чаще открывают подобные вакансии архитектурные бюро, студии дизайна интерьера, компании по созданию упаковки. Оплата труда – 45-55 тысяч рублей, встречаются предложения с окладом 205 тысяч.

Где работать?

Инженер по материаловедению и технологиям может работать в государственных и коммерческих структурах, которые занимаются:

• выпуском продукции оборонного значения;
• робототехникой;
• биотехнологиями;
• IT и нанопроизводством;
• разработкой и внедрением систем автоматизации;
• научными исследованиями;
• лабораторными испытаниями экспериментальных образцов.

Материаловед – это ученый, исследователь и инженер в одном лице, поэтому карьеру он может сделать в научной и производственной сфере. В первом случае карьерный рост будет заключаться в подготовке и защите диссертаций, получении ученых степеней, всероссийском и международном признании.

Во втором случае выпускник начнет работать рядовым специалистом и шаг за шагом дорастет до менеджера, начальника отдела, а затем и до руководителя филиала или предприятия.