Зарождение и развитие металлографии (XIX век)
Расширение машиностроительного производства, широкое строительство железных дорог и паровых судов, особенно со второй половины XIX века, потребовали увеличения выплавки стали и улучшения ее качества. Возникла необходимость в получении достоверных научных сведений о строении и свойствах технических материалов.
До конца XIX века в различных странах были выполнены исследования по изучению микроструктуры стали и чугуна (Сорби, Мартенс, Ржешотарский и др.). Создан термоэлектрический пирометр для измерения высоких температур (1886 г.), определены температуры критических точек стали (Ф. Осмонд, 1886–87 гг.). В 1897 г. Ле-Шателье изобрел металлографический микроскоп для исследования микроструктуры металлов.
Новая наука об изучении микроструктуры металлов и исследовании температур фазовых превращений термическим методом получила название «Металлография» в 1892 г. по предложению Ф. Осмонда. В связи с расширением исследований строения различных металлов и сплавов, применением методов рентгеноструктурного анализа (Лауэ, 1912 г.), разработкой физико-химического анализа (Н.С. Курнаков) и другой тематики новая наука о строении и свойствах металлов стала с 1920-х годов называться «Металловедение».
Развитие преподавания курса «Металловедение» в технических вузах
В России вузовскую металлографическую лабораторию впервые организовал в Московском высшем техническом училище в 1905 году А.М. Бочвар. Преподавание металловедения в вузах развивалось по двум направлениям:
1. Подготовка и выпуск инженеров-металлургов по специальности «Металловедение и термическая обработка металлов». В нашей стране впервые организована Н.А. Минкевичем в 1921 году в Московской горной академии. В горном институте г. Петрограда кафедра «Металлография и термическая обработка» учреждена в 1919 году.
2. Преподавание общепрофессиональной дисциплины «Металловедение и термическая обработка металлов». Впервые включено в 1925 году в программу обучения инженеров-механиков И.И. Сидориным в Московском высшем техническом училище. В 1929 году он основал в этом вузе кафедру «Материаловедение», подготовил и опубликовал первый отечественныйучебник по материаловедению для машиностроительных вузов [1].
В 1930-е годы кафедры металлографии (металловедения) организуются и в других механико-машиностроительных втузах СССР.
Постановка курса «Металловедение и термическая обработка металлов» в индустриальном-политехническом институте г. Нижнего Новгорода
Преподавание металловедения на механико-технологическом факультете Нижегородского университета начал инженер Сормовского завода К.И. Гостев в 1926 году. Этот факультет послужил базой для открытия в 1930 году Нижегородского механико-машиностроительного института. В нем впервые в городе была создана металлографическая лаборатория (1930 г., заведующая Е.В. Ильина). Образование в 1934 году Индустриального института положило начало и созданию кафедры металловедения с обширной учебной лабораторией. Заведующим кафедрой был избран Б.Е. Воловик, работавший ранее на Уралмашзаводе (г. Свердловск). Он получил ученое звание профессора [2–4].
Кафедра вела подготовку студентов механических специальностей по курсу «Металловедение». По данным 1938 г. занятия проводились в 5 семестре и состояли из 68 ч лекций и 34 ч лабораторного практикума. Постановка преподавания велась по методикам Ленинградской и Уральской научно-методических школ металловедения [5, 6]. Основу лабораторных работ составляли построение диаграммы состояния свинец–сурьма термическим методом, приготовление и травление микрошлифов, рассмотрение коллекций микроструктур сталей, чугунов, сплавов меди и др.
В годы Великой Отечественной войны 1941–1945 гг. заведующим кафедрой работал эвакуированный из Ленинграда профессор Г.А. Кащенко. Учебный процесс был поставлен по методикам Ленинградского политехнического института.
Кафедру с 1 сентября 1947 г. возглавил Г.И. Аксенов, специалист по рентгенографии и металлофизике с большим опытом работы в исследовательских организациях ряда городов, в том числе ЦНИИЧЕРМЕТ (Москва). По его инициативе в 1949 г. открыта новая специальность по подготовке инженеров-металлургов «Металловедение и термическая обработка», а с 1 сентября 1950 г. приказом Министерства высшего образования СССР № 1440 от 31.08.50 г. организован металлургический факультет в политехническом институте г. Нижнего Новгорода [4]. Проблема обеспечения профилирующей кафедры кадрами преподавателей решалась подготовкой кандидатов наук через очную аспирантуру. Всего было принято шесть аспирантов, в том числе три участника войны. Подготовкой студентов групп ТОМ руководил А.М. Юферов, работавший после войны на заводах Урала начальником термического цеха и главным металлургом. В лабораторных практикумах значительно увеличилось число работ по термической обработке.
Г.И. Аксенов основал новые лаборатории по рентгенографии и порошковой металлургии, впервые в СССР организовал исследования по формованию металлических порошков в пористые листы на прокатном стане. Он с 01.09.57 г. перешел на работу в Куйбышевский авиационный институт.
В 1949–1968 гг. сотрудники кафедры осуществляли общепрофессиональную подготовку по курсу «Металловедение» для всех специальностей механического профиля, а также выпуск инженеров-металлургов по металловедению и термической обработке. В связи с большим объемом учебной работы подготовка инженеров-металлургов групп ТОМ была с 01.09.68 г. передана новой кафедре «Термическая и пластическая обработка металлов».
Развитие преподавания материаловедения в политехническом институте – техническом университете г. Нижнего Новгорода
С 1966/67 учебного года в планы подготовки инженеров-механиков Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР ввело новый расширенный общепрофессиональный курс «Материаловедение». В рабочую программу курса было включено изложение металлических, полимерных, неорганических, композиционных материалов. Вопросы постановки преподавания курса в политехническом институте рассмотрены в методической статье [7]. Содержание курса опубликовано в комплексе из трех учебно-методических пособий по состоянию на 1968–1972 гг. [8–10].
В 1970-е годы по постановлению Министерства преподаватели по материаловедению обучались в течение одного семестра на факультете повышения квалификации в Московском институте стали и сплавов. Это позволило применить опыт данного вуза в учебной работе. В частности, были использованы методики математического планирования экспериментов при постановке учебно-исследовательских работ. Изданы методические указания по семи работам [11]. Для проведения вычислений некоторые преподаватели обучались на курсах в политехническом институте работе на ЭВМ «Наири» [12, 13]. Вычисления студентов проводились в лаборатории ЭВМ кафедры «Прикладная математика». Позже была применена компьютерная техника [14].
Полностью переработан в эти годы раздел лекционного курса по анализу фазовых превращений в двухкомпонентных сплавах. Для записи фазовых переходов применена принятая в Московском институте стали и сплавов форма с указанием изменения концентрации фаз и температур. Составлены домашние задания [15–17].
В 1983–1984 гг. изданы переработанные методические указания к лабораторным работам по материаловедению [18, 19]. Рассмотрено выполнение шести типовых работ, введена практическая работа по анализу фазовых превращений в железоуглеродистых сплавах. Приведены типовые вопросы для машинного программированного контроля.
С 1990 г. кафедра начала новый этап своего развития в связи с организацией подготовки инженеров-механиков по специальности «Материаловедение в машиностроении». Руководство этой работой в стране осуществлял научно-методический совет на базе Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Регулярно проводились совещания по вопросам преподавания новой специальности. МГТУ предоставлял свои программы по дисциплинам и другие разработки. Кафедра получила возможность ознакомиться с постановкой учебного процесса по указанной специальности в МГТУ.
В 1990-е годы под руководством заведующего кафедрой профессора В.Г. Петрикова разработаны рабочие программы и освоены учебные занятия более чем по 30 дисциплинам. Организованы новые лабораторные практикумы, в том числе лазерная лаборатория, курсовое проектирование, производственные практики. Начата подготовка бакалавров, в 1999 г. выпущены первые магистры. Одновременно преподавался общепрофессиональный курс «Материаловедение» для бакалавров разных направлений.
В 2001–2016 гг. уделялось большое внимание обобщению многолетнего опыта учебной и научной работы и изданию пособий. Так, И.М. Мальцев опубликовал три книги [20–22]. В пособии [22] подробно рассмотрено применение программного комплекса «СТАЛЬ» для выбора марки машиностроительной стали по ряду заданных свойств.
Особенностью учебного пособия [23] является введение впервые раздела по физико-химическим основам материалов. Изложены основные понятия об электронном строении атомов в соответствии с квантовой механикой. Приведены данные о геометрической форме и гибридизации орбиталей в полимерных материалах, неорганических стеклах и других материалах. Дано представление о зонной теории кристаллов.
Такое построение учебного пособия не противоречит монографии Г. Готтштайна [24], представителя Геттингенской школы физического металловедения (Германия). В этой книге имеется раздел по вопросам теории электронного строения атомов.
Многолетний опыт постановки лабораторных работ по материаловедению в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева и Поволжском государственном технологическом университете (г. Йошкар-Ола) рассмотрен в учебном пособии [25]. Данная книга содержит и описания домашних практических работ по анализу фазовых превращений в двухкомпонентных сплавах и железоуглеродистых сплавах, проектированию композиционных материалов с короткими волокнами, выбору сталей и термической обработке деталей машин.
Приведены примеры выполнения работ, справочные материалы, маршрутные технологические карты на операции термической обработки в соответствии с требованиями Единой системы технологической документации (ЕСТД).