Ключові слова
матеріалознавство
титанові сплави
ультрадрібнозерниста структура
мікротвердість
технологічна освіта
професійна освіта
Як цитувати
Анотація
У статті розглянуто роль експерименту як дидактичного засобу формування матеріалознавчих компетентностей у системі технологічної та професійної освіти. Розкрито сутність експериментального методу як інтегративної форми організації навчальної діяльності, що поєднує пізнавальну, практичну й дослідницьку складові. Визначено його основні функції в навчальному процесі, зокрема пізнавальну, розвивальну, мотиваційну та прикладну, а також окреслено методичні особливості впровадження в умовах компетентнісно орієнтованого навчання.
Особливу увагу приділено можливостям інтеграції навчального експерименту з елементами сучасних наукових досліджень у галузі матеріалознавства. На конкретному прикладі експериментального одержання титанових сплавів з ультрадрібнозернистою структурою шляхом інтенсивної пластичної деформації та подальшого дослідження їхніх механічних властивостей методом вимірювання мікротвердості розкрито дидактичний потенціал такого підходу. Описано технологічні особливості формування ультрадрібнозернистої структури, вплив ступеня деформації на зміну мікроструктури матеріалу та відповідні зміни механічних характеристик.
Проаналізовано результати експериментального дослідження, які засвідчують зростання твердості титанових зразків на початкових етапах деформації внаслідок підвищення щільності дислокацій і подрібнення зерен, а також її подальше зниження при збільшенні кількості циклів пресування, що пов’язано з процесами рекристалізації та структурної перебудови матеріалу. Обґрунтовано, що включення подібних досліджень до навчального процесу сприяє формуванню у здобувачів освіти цілісного уявлення про взаємозв’язок між структурою матеріалу та його властивостями.
Посилання
Бутівчак, М. Ю. (2020). Методика викладання предмета «Матеріалознавство» у закладах професійно-технічної освіти. Херсон: ХДУ. https://ekhsuir.kspu.edu/handle/123456789/11391
Онопченко, О. В. (2025). Дослідницька креативність у STEM/STEAM: потенціал VR/AR-технологій та методичні виклики. У Інноваційні практики наукової освіти (матеріали V Всеукраїнської науково-практичної конференції) (c. 606-614). Київ: Інститут обдарованої дитини НАПН України. https://doi.org/10.63437/978-617-7734-48-1-2025-1056
Русакова, Г. В. (2017). Низькотемпературні мікромеханічні властивості нових ультрадрібнозернистих і наноструктурних матеріалів (Дисертація кандидата фізико-математичних наук).
Сліпухіна, І. А. (2016). Сучасний фізичний експеримент у дидактиці STEM орієнтованого навчання. Збірник наукових праць Кам’янець-Подільського національного університету імені Івана Огієнка, (22), 224-228. https://ped-series.kpnu.edu.ua/article/view/95527
Edalati, K. et al. (2022). Nanomaterials by severe plastic deformation: review of historical developments and recent advances. Materials Research Letters, 10 (4), 163-256. https://doi.org/10.1080/21663831.2022.2029779
Jiang, B., Men, D., Emura, S., & Tsuchiya, K. (2023). Microstructural response and mechanical properties of -precipitated Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr alloy processed by high-pressure torsion. Journal of Materials Research and Technology, (23), 564-576. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.01.047
Mao, Q., Liu, Ya., & Zhao, Yo. (2022) A review on mechanical properties and microstructure of ultrafine grained metals and alloys processed by rotary swaging. Journal of Alloys and Compounds, (896), 163122. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163122
Miller, R. M., Bieler, T. R., & Semiatin, S. L. (1999). Flow softening during hot working of Ti-6Al-4V with a lamellar colony microstructure. Scripta Materialia, 40 (12), 1387-1393. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00061-5
Murashkin, M. Yu. et. al. (2015). Fatigue Behavior of an Ultrafine-Grained Al-Mg-Si Alloy Processed by High-Pressure Torsion. Metals, 5 (2), 578-590. https://doi.org/10.3390/met5020578
Polyakov, A. V., Raab, G. I., Semenova, I. P., & Valiev, R. Z. (2021). Mechanical properties of UFG titanium: Notched fatigue and impact toughness. Materials Letters, 302 (1), 130366. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130366
Sauvage, X. et al. (2012). Microstructure and mechanical behaviour of nanostructured materials. Materials Science and Engineering: A, 540, 1-12.
Toth, L. S., & Gu, C. (2014) Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation. Materials Characterization, (92), 1-14. https://link.springer.com/article/10.1007/s11837-006-0213-7
Valiev, R. Z. et al. (2016). Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation: Ten Years Later. Journal metrics, (68), 1216-1226. https://doi.org/10.1007/s11837-016-1820-6
Valiev, R. Z., & Langdon, T. G. (2006). Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Science, 51 (7), 881-981. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.02.003
Valiev, R. Z., Usmanov, E. I., & Rezyapova, L. R. (2022). The Superstrength of Nanostructured Metallic Materials. Physics of Metals and Metallography, 123, 1272-1278. https://doi.org/10.1134/S0031918X22601627
Yali, Hu, Tingbin, Li, Yishuo, Liu (2025). Research on Teaching Reform of Basic Experiment Course of Material Science. Curriculum and Teaching Methodology, 8 (5), 117-122. https://doi.org/10.23977/curtm.2025.080516
Zavalevskyi, Y. et al. (2023). Project based STEM activities as an effective educational technology in the context of blended learning. Amazonia Investiga, 12 (67), 152-161. https://doi.org/10.34069/AI/2023.67.07.14
Zherebtsov, S., Salishchev, G., Galeyev, R., & Maekawa, K. (2005). Mechanical properties of Ti-6Al-4V titanium alloy with submicrocrystalline structure. Materials Transactions, (46), 2020-2025. https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2020
Butivchak, M. Yu. (2020). Metodyka vykladannia predmeta «Materialoznavstvo» u zakladakh profesiino-tekhnichnoi osvity. Kherson: KhDU. https://ekhsuir.kspu.edu/handle/123456789/11391 (in Ukrainian).
Onopchenko, O. V. (2025). Doslidnytska kreatyvnist u STEM/STEAM: potentsial VR/AR-tekhnolohii ta metodychni vyklyky. In Innovatsiini praktyky naukovoi osvity (materialy V Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi konferentsii) (c. 606-614). Kyiv: Instytut obdarovanoi dytyny NAPN Ukrainy. https://doi.org/10.63437/978-617-7734-48-1-2025-1056 (in Ukrainian).
Rusakova, H. V. (2017). Nyzkotemperaturni mikromekhanichni vlastyvosti novykh ultradribnozernystykh i nanostrukturnykh materialiv (Dysertatsiia kandydata fizyko-matematychnykh nauk) (in Ukrainian).
Slipukhina, I. A. (2016). Suchasnyi fizychnyi eksperyment u dydaktytsi STEM oriientovanoho navchannia. Zbirnyk naukovykh prats Kamianets-Podilskoho natsionalnoho universytetu imeni Ivana Ohiienka, (22), 224-228. https://ped-series.kpnu.edu.ua/article/view/95527 (in Ukrainian).
Edalati, K. et al. (2022). Nanomaterials by severe plastic deformation: review of historical developments and recent advances. Materials Research Letters, 10 (4), 163-256. https://doi.org/10.1080/21663831.2022.2029779 (in English).
Jiang, B., Men, D., Emura, S., & Tsuchiya, K. (2023). Microstructural response and mechanical properties of -precipitated Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr alloy processed by high-pressure torsion. Journal of Materials Research and Technology, (23), 564-576. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.01.047 (in English).
Mao, Q., Liu, Ya., & Zhao, Yo. (2022) A review on mechanical properties and microstructure of ultrafine grained metals and alloys processed by rotary swaging. Journal of Alloys and Compounds, (896), 163122. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163122 (in English).
Miller, R. M., Bieler, T. R., & Semiatin, S. L. (1999). Flow softening during hot working of Ti-6Al-4V with a lamellar colony microstructure. Scripta Materialia, 40 (12), 1387-1393. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00061-5 (in English).
Murashkin, M. Yu. et. al. (2015). Fatigue Behavior of an Ultrafine-Grained Al-Mg-Si Alloy Processed by High-Pressure Torsion. Metals, 5 (2), 578-590. https://doi.org/10.3390/met5020578 (in English).
Polyakov, A. V., Raab, G. I., Semenova, I. P., & Valiev, R. Z. (2021). Mechanical properties of UFG titanium: Notched fatigue and impact toughness. Materials Letters, 302 (1), 130366. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130366 (in English).
Sauvage, X. et al. (2012). Microstructure and mechanical behaviour of nanostructured materials. Materials Science and Engineering: A, 540, 1-12 (in English).
Toth, L. S., & Gu, C. (2014) Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation. Materials Characterization, (92), 1-14. https://link.springer.com/article/10.1007/s11837-006-0213-7 (in English).
Valiev, R. Z. et al. (2016). Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation: Ten Years Later. Journal metrics, (68), 1216-1226. https://doi.org/10.1007/s11837-016-1820-6 (in English).
Valiev, R. Z., & Langdon, T. G. (2006). Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Science, 51 (7), 881-981. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.02.003 (in English).
Valiev, R. Z., Usmanov, E. I., & Rezyapova, L. R. (2022). The Superstrength of Nanostructured Metallic Materials. Physics of Metals and Metallography, 123, 1272-1278. https://doi.org/10.1134/S0031918X22601627 (in English).
Yali, Hu, Tingbin, Li, Yishuo, Liu (2025). Research on Teaching Reform of Basic Experiment Course of Material Science. Curriculum and Teaching Methodology, 8 (5), 117-122. https://doi.org/10.23977/curtm.2025.080516 (in English).
Zavalevskyi, Y. et al. (2023). Project based STEM activities as an effective educational technology in the context of blended learning. Amazonia Investiga, 12 (67), 152-161. https://doi.org/10.34069/AI/2023.67.07.14 (in English).
Zherebtsov, S., Salishchev, G., Galeyev, R., & Maekawa, K. (2005). Mechanical properties of Ti-6Al-4V titanium alloy with submicrocrystalline structure. Materials Transactions, (46), 2020-2025. https://doi.org/10.2320/matertrans.46.2020 (in English).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.