رشته مهندسي مواد و متالورژي

مقدمه 

علم مواد شامل پژوهش و تحقيق براي دستيابي به دانش پايه و اساسي در مورد ساختار دروني، خواص و فرآيند نمودن مواد است. در حاليكه مهندسي مواد اصولاً در ارتباط با استفاده عملي از دانش پايه مواد (علم مواد) است به گونه اي كه بتوان مواد را به محصولات دلخواه يا مورد نياز جامعه تبديل كرد. در واقع لغت علم و مهندسي مواد تركيب دهنده هر دو بخش علم مواد و مهندسي مواد است. علم مواد نهايت دانش پايه بوده و مهندسي مواد نهايت دانش كاربردي است و هيچ مرز مشخصي، جهت تفكيك و جدا نمودن اين دو مقوله از يكديگر وجود ندارد.

علم و مهندسي مواد چيست؟

بهتر است اينطور بگوييم: مطالعه همه چيز! همه آن چيزي كه هر روز مي بينيد! كفش هاي كه مي پوشيد، ظرف هايي كه در آن غذا مي خوريد، سي دي هايي كه به آن ها گوش مي دهيد، تلفن همراهي كه استفاده مي كنيد، اتومبيلي كه آنرا مي رانيد، همه از مواد مختلف ساخته شده اند.

درك اينكه مواد چگونه كنار هم قرار بگيرند، چگونه استفاده شوند، چگونه تغيير مي كنند و چگونه مي توانند اشياء و چيزهاي شگفت انگيز بسازند يا حتي كاملاً يك ماده جديد ساخته شود اينها آن چيزهاييست كه علم مواد درگير آنهاست.

نمودار زير مشخص كننده ارتباط بين علوم پايه با علم و مهندسي مواد است:

مواد دقيقا چه هستند ؟

اين سوال خيلي كلي است چرا كه مواد خود ذات سازنده ساير چيزها هستند. شما مي توانيد دقيقاً براي اين واژه اسمي انتخاب كنيد ؟ مواد مي توانند طبيعي باشند مانند چوب، يا ساخت دست انسان باشند مانند پلاستيك. هم اكنون كه در حال مطالعه اين مقاله هستيد بيش از ۳۰۰٫۰۰۰ نوع ماده مختلف شناخته شده است (اگر شما براي هر كدام از اين تعداد ماده هر در ثانيه يك اسم انتخاب كنيد فقط ۳ شبانه روز كامل طول مي كشد كه يك ليست تهيه كنيد!) و با توجه به مهندسين مواد همواره در حال ساخت و تركيب مواد مختلف باهم به روش هاي جديد هستند، شمار مواد تقريباً بي نهايت است

مهندسين مواد چه كاري انجام مي دهند؟

احتمالاً تاكنون درباره  يك شيمي دان، فيزيك دان يا بيولوژيست شنيده باشد، اما درباره علم مهندسي مواد چيزي شنيده بوديد؟ احتمالاً خير. يكي از دلايلي كه وجود دارد اين است كه مهندسين مواد گستره وسيعي از فعاليت ها را پوشش مي دهند و دست به عرصه هاي مختلف شامل شيمي، بيولوژي و فيزيك، برده اند به همين دليل عموم مردم آن را اختصاصاً براي يك فعاليت با اسم خاص نمي شناسند.. گاهي اوقات مهندسين مواد مهندس سراميك يا مهندس پليمر و يا متالورژيست ناميده مي شوند و شما مي توانيد محل كار آنها را در محل كار در صنايع، آزمايشگاه ها و دانشگاه هاي سراسر دنيا بيابيد.

با وجود گوناگوني آنها ، مهندسين مواد از يك نقطه نظر يكسان به مواد نگاه مي كنند: آنها بدنبال ارتباط بين فهم ساختار مواد، خواص آنها ، چگونگي فرآيندهاي ايجاد تغييرات در آنها، و كاري كه آن مواد مي توانند انجام دهند و كاربرد آنها هستند.

در گذشته، مردم از طريق سعي و خطا، مواد مختلف را استفاده و مطابق نياز خود تغيير مي دادند و در مقياس بزرگ و قابل ديد كار مي كردند بعنوان مثال حرارت دادن و سرد كردن تكه هاي آهن (چدن يا فولاد) با هدف سخت سازي. مهندسين مواد مدرن با مهارت خاصي مواد را بسته به اصول استنباط شده از چگونگي رفتار مواد در قرارگرفتن كنار هم، كه اغلب در مقياس غيرقابل ديد با چشم غير مسلح در مقياس اتمي، تغيير داده و بهبود مي دهند. اين مقدار چقدر كوچك است؟ براي قرار دادن نقطه در انتهاي اين جمله شما نياز به تريليون ها اتم داريد.

رشته مهندسي مواد در ايران

رشته مهندسي مواد در ايران از لحاظ آموزش با ساير كشورها بسيار متفاوت است. واحدهاي آموزشي، گرايش ها، ميزان شناخته بودن در جامعه علي الخصوص فعالان صنعتي نسبت به فارغ التحصيلان اين رشته، با آنجه در ساير كشورهاي پيشرفته وجود دارد فرسنگ ها فاصله است، كه دليل آنرا مي توان در تازه كار بودن رشته مهندسي مواد در علوم دانشگاهي ايران (نسبت به ساير رشته هاي مهندسي ) جست.

گرايش هاي مهندسي مواد

مقطع كارشناسي

هرچند كه در حال حاضر وزارت علوم و فناوري سياست يكپارچه سازي و از بين بردن گرايش هاي مهندسي مواد در مقطع كارشناسي دارد اما هنوز در برخي دانشگاه ها اين گرايش بندي وجود دارد كه معرفي آن خالي از لطف نيست :

• متالورژي صنعتي :  گرايش “متالورژي” به دو شاخه متالورژي صنعتي و متالورژي استخراجي تقسيم بندي مي شود كه با توجه به گستردگي اين رشته از هم تفكيك شده اند. متالورژي صنعتي يك شاخه از مهندسي مواد است كه رفتار فيزيكي و شيمياي عناصر فلزي، تركيبات بين فلزي آنها، و مخلوط آنها كه آلياژ ناميده مي شود را مورد بررسي قرار مي دهد. متالورژي صنعتي فن و تكنولوژي فلزات است : راهي كه در آن علم فلزات به كاربرد عملي تبديل مي شود. متالورژي با “مهارت كار با فلزات” تفاوت دارد.
• متالورژي استخراجي : فرآيندهاي مختلفي كه براي استخراج فلزات از سنگ هاي معدني آن صورت مي گيرد را متالورژي استخراجي مي شناسند. جداسازي فلزات از سنگ معدن و تصفيه آنها، شناخت انواع كوره ها، سوخت ها و فعل و انفعالات شيمياني آنها توضيح بهتر اين گرايش است. متالورژي استخراجي با رشته مهندسي معدن بسيار متفاوت است و نبايد هر دوي آنها را مشابه دانست!
• سراميك : مهندسي و علم سراميك مطالعه ي مواد غيرآلي و غير فلزي است. مهندسي سراميك مطالعه ي تمام مواد سراميكي، فرآيند هاي ساخت، خواص، كاربرد ها و غيره را پوشش مي دهد.

مقطع كارشناسي ارشد

• شناسايي و انتخاب مواد مهندسي : اين گرايش را مي توان گرايش اصلي مهندسي مواد در مقطع ارشد ناميد. شناسايي و انتخاب مواد مهندسي دروس اصلي مهندسي مواد را شامل مي شود. دانشجويان در اين گرايش با كليت هر كدام از ساير گرايش ها آشنا شده و نگرشي دقيق تر به روش هاي آزمايشگاهي انتخاب و آناليز مواد پيدا مي كنند. به همين دليل فارغ التحصيلان اين رشته توانايي هاي عمومي تري نسبت به ساير گرايش ها كه تخصصي هستند دارند. هدف از تحصيل دانشجو در اين گرايش : شناخت كلي از مواد مختلف و خواص و كاربرد آنها، توانايي آناليز مواد، توانايي طراحي روش ساخت مواد مختلف در هر كاربرد، آناليز مكانيزم هاي تحليل و تخريب مواد، و ارائه راهكارهاي بهبود مواد ،

• جوشكاري : دانشجويان تحصيلات تكميلي در گرايش جوشكاري، استانداردها و كدهاي جوشكاري، متالورژي جوش و فرايندهاي جوشكاري را مطالعه مي كنند. همچنين روشهاي اتصال دهي مواد و مدلسازي آنها را نيز مورد بررسي قرار مي دهند. مدرك كارشناسي ارشد مهندسي جوش، فارغ التحصيلان را براي حرفه هاي تحقيق، آموزش يا توليد آماده مي‌كند. آشنايي بيشتر با گرايش جوشكاري در اين.
• خوردگي : پديده خوردگي يك زيان اقتصادي عظيم براي همه كشورهاي صنعتي به شمار مي شود. نقش مهندس خوردگي آن است كه با توجه به محيط و شرايط كاري مورد نظر، ماده ­اي را انتخاب كند كه در برابر خوردگي مقاوم بوده و يا اينكه سرعت خوردگي را در آن ماده تا حد قابل قبولي كاهش دهد.وظيفه اصلي يك مهندس خوردگي كنترل شرايط در محيط هاي مختلف براي جلوگيري از وقوع خوردگي بخصوص در قطعات حساس است.
• ريخته گري :  ريخته گري جزو صنايع مادر هر كشوري است. اين گرايش را مي توان صنعتي ترين گرايش مهندسي مواد معرفي كرد. دانشجويان در اين گرايش با طراحي سيستم ريخته گري، مفاهيم و تكنيك هاي پيشرفته ريخته گري و علوم به روز آن آشنا مي شوند تا صنعت سنتي كشور را به سمت پيشرفت هاي ريخته گري دنيا سوق دهند.
• استخراج فلزات :  متالورژي استخراجي جاييست مابين رسوبات معدني فلزات و فلزات به صورت آماده براي استفاده در صنعت. به عبارت ديگر متالورژي استخراجي به فرايندهاي مختلفي اشاره دارد كه براي جدا كردن فلزات با ارزش از سنگ معدن آنها استفاده مي شوند. دانشجويان در اين گرايش با روش هاي خالص سازي فلزات و تكنيك هاي آن آشنا مي شوند.
• بيو مواد : دانشجويان گرايش بيو مواد با بكارگيري صحيح اين مواد در بدن انسان و در تجهيزات پزشكي آشنا مي‌گردند. به علاوه آنان با زمينه هاي طراحي و ساخت تجهيزات پزشكي و طراحي و ساخت اعضاي مصنوعي انسان آشنا مي شوند.
• نانو مواد :  نانو فناوري با مهندسي مواد ارتباط داشته و باعث به وجود آمدن زمينه هاي تحقيقاتي جديدي به نام نانو مواد در اين رشته شده است. ساختار مواد در ابعاد ميكرومتر و نانومتر، در مهندسي مواد مطالعه مي شوند.
• شكل دادن فلزات : شكل دهي فلزات با روش هاي تغيير شكل فلزات شكل پذير براي تبديل ماده خام اوليه (شمش، نبشي، ورق و …) به محصول نهايي سر و كار دارد. اين گرايش نزديك ترين گرايش به مهندسي مكانيك است. دانشجويان اين گرايش با روش هاي شكل پذيري فلزات، تحليل رفتار فلزات هنگام شكل پذيري و بهبود خواص مكانيكي فلزات آشنا مي شوند.
• مواد مركب: مواد مركب (همان گونه كه از نام آن پيداست) از تركيب دو يا چند ماده تشكيل مي شود. با اين هدف كه خواص ماده نهايي نسبت به اجزاي اوليه بهبود پيدا كند. دانشجويان اين گرايش با خواص مواد مركب و اجزاي آن ها، مكانيك محيط هاي پيوسته و محاسبات مربوطه در جهت ساخت كامپوزيتي آشنا مي شوند.

بازار كار مهندسي مواد و متالورژي

مهندسين مواد در حال حاضر (سال ۱۳۹9) در صنعت ايران اغلب در چند جايگاه ذيل وارد بازار كار مي شوند:

• كارشناس كنترل كيفيت : حقيقت امر اين است كه اساساً مهندسان مواد نه در اصل مفهوم و نه در دانشگاه براي جايگاه كارشناس كنترل كيفيت تربيت نمي شوند. اما بيش از هر جايگاه ديگري، صنعت مهندسين مواد را براي جايگاه كارشناس كنترل كيفيت در كنار مهندسين مواد جذب مي كند. شناخت استانداردها، يادگيري كار با استانداردها، تسلط به تست هاي مخرب و غير مخرب از جمله مهارت هايي است كه مهندسين مواد نيازمند كسب آن براي اين جايگاه شغلي هستند. كه معمولاً هيچ كدام از اين مهارت ها در حين تحصيل مقاطع كارشناسي و ارشد در دانشگاه هاي ايران به دانشجويان آموزش داده نمي شود و دانشجو مي بايست با مطالعه شخصي يا شركت در دوره هاي آموزشي آموزشگاه هاي آزاد آنها را كسب كند.
• اپراتور خط توليد : از مهندسين مواد در جايگاه اپراتور توليد نيز آنطور كه شايسته است استفاده نمي شود چراكه كارفرمايان ترجيح مي دهند مهندسين مكانيك كه اصطلاحاً دست به آچارتر هستند استفاده كنند مگر در شرايطي كه امكان استفاده از مهندسين مكانيك نباشد مهندسين مواد به كار گرفته مي شوند بعنوان مثال : اتاق كنترل LF در كارخانجات فولاد سازي كه نياز به دانش آلياژسازي است. اين جايگاه شغلي معمولاً نيازمند مهارت خاص و ويژه اي ندارد و صرفا آنچه دانشجو در مقطع كارشناسي مي آموزد كافي است و مهارت را پس از استخدام در محل كار كسب مي كند.
• كارشناس فروش : در حال حاضر از مهندسين مواد نيز موقعيت هاي شغلي “كارشناس فروش” و “مهندسي فروش” دريافت مي كنند كه البته حجم آنها نيز نسبت به ساير موقعيت ها كم نيست و مي توان گفت به تنهايي نيمي از فرصت هاي شغلي مهندسين مواد را تشكيل مي دهد. هرچند كه كارشناس فروش و مهندسي فروش نيز براي برخي از فارغ التحصيلان منطقي بنظر مي رسد اما تخصص اصلي مهندسين مواد در بحث بازرگاني، بايد ” كارشناس خريد” و “مهندسي خريد و تامين مواد” باشد در صورتي كه در اين باره تعداد فرصت هاي شغلي در ايران براي مهندسين مواد آن چنان اندك است كه مي توان آنرا صفر برشمرد! يك مهندس مواد مواد را انتخاب مي كند و مي شناسد و مواد با بهترين خواص مورد انتظار همراه با در نظر گرفتن مقرون به صرفه و در دسترس بودن را مي تواند براي پروژه ها تعريف شناسايي و تهيه نمايد.
• مهندسي جوش و بازرسي : اين جايگاه شغلي در ايران مابين چندين رشته مهندسي مواد ، مهندسي مكانيك، مهندسي صنايع ، مهندسي عمران، و البته ساير رشته هاي غير مهندسي، تقسيم مي شود. براي ورود به بازار كاري بازرسي جوش و تست هاي غيرمخرب بايستي مدارك آموزشهاي آزاد را تهيه كرد و تعليم ديد كه البته هيچ محدوديتي در آن از لحاظ رشته وجود ندارد و از رشته هاي مختلف مي توانند آنرا تهيه و وارد بازار كار آن شوند. مهندسي جوش، هر چند كه مختص مهندسين مواد نيست، اما يك شغل پردرآمد و البته حساس است. در مقطع كارشناسي دانشجويان مهندسي مواد مهارتي در آن كسب ني كنند در مقطع ارشد تنها در گرايش جوشكاري و تنها طي چند واحد تئوري آموزش هايي كسب مي كنند. اما براي ورود به بازار كار مهندسي جوش نياز به گذراندن دوره هاي فني مختلفي است كه توسط آموزشگاه هاي فني و البته فني حرفه اي برگزار مي شود.
• اپراتور يا سرپرست آزمايشگاه : يكي از ايده آل ترين موقعيت هاي شغلي كه براي فارغ التحصيلان رشته مهندسي مواد مي تواند به وجود آيد كار در فضاهاي آزمايشگاهي كارخانجات است. جايي كه مواد ورودي و محصولات خروجي مورد آزمايش قرار مي گيرند. بعنوان مثال آزمايشگاه بخش فولادسازي كارخانجات فولاد، از مذاب فولاد در لحظه نمونه گيري و آناليز مي كنند تا وضعيت آناليز شيميايي مذاب را در آلياژسازي و درصد هركدام از عناصر را بررسي نمايند. براي اين جايگاه شغلي نيز، كار با استانداردها، آشنايي با آزمون هاي مخرب، روش هاي آناليز مواد و بررسي هاي ريزساختاري نياز است كه اغلب در طي دروس دانشگاهي قابل كسب بوده اما كافي نيست. سطح مورد نياز جايگاه شغلي با آنچه در دانشگاه انجام مي گردد بسيار متفاوت است. در اينباره نيز دوره هاي آموزشي فني در  مراكز فني حرفه اي وجود دارد. بعنوان مثال دوره آموزشي كار با دستگاه كوانتومتري
• كارشناس تحقيق و توسعه :  كارشناس R&D در بخش مواد نيز از بهترين موقعيت هاي شغلي است كه مهندسين مواد مي توانند در آن شاغل شوند. در اصل يك مهندس مواد بايستي در جايگاه ” شناسايي و انتخاب مواد مهندسي ” فعاليت كند اما نه تنها صنعت هيچ استقبالي در برابر اين مهارت ندارد بلكه دانشگاه ها نيز فارغ التحصيلان ماهري در اين زمينه تربيت نمي كنند. آنجه ديگر دقت نمي شود فلسفه وجودي مهندسي مواد است! كه در ايران به حاشيه كشيده شده و فارغ التحصيلان ناچاراً در زمينه هاي فرعي تر شاغل مي شوند. البته اين عدم بكارگيري مهندسي مواد در جايگاه اصلي خود و عدم كارشناسي و انتخاب مواد صحيح در ايران خسارات بسيار بسيار سنگيني را به اقتصاد و صنعت ما وارد مي كند.