Коротка історія розвитку металевих матеріалів
1. Минуле, сьогодення та майбутнє металевих матеріалів
Фаза 1 – Виробництво необробленої сталі
4300 р. до н.е.: натуральне золото, мідь, кування та інші ремесла
2800 рік до нашої ери: виплавка заліза
2000 р. до н.е.: процвітання бронзи, курантів і зброї (Шан, Чжоу, Весна і Осінь і Воюючі царства)
Східна династія Хань: багаторазове кування сталі → найпримітивніший процес термічної обробки деформацією
Технологія гасіння: «ванна з утопленням п'яти тварин, гасіння жиром п'яти тварин» (сучасне гасіння у воді, гасіння в маслі)
Спис Фучай короля Ву та меч короля Гоуцзяня Юе
Бронзовий Дуньхе Цзуньпан з династій Шан і Чжоу
Бронзова фігура людського обличчя династії Шан
Копія курантів із гробниці Лейгудун № 2
У 1981 році в гробниці № 2 у Лейгудуні, провінція Хубей, було знайдено набір дзвонів періоду Воюючих царств з точним ритмом і гарним тембром. Його кількість і масштаб поступаються лише курантам Цзен Хоуї, із загальним діапазоном більше п'яти октав. Його можна самостійно модулювати для відтворення різноманітної музики, що складається з п’яти, шести та семи тональних гам. Для цього потрібно, щоб п’ять осіб виступали разом, усі голоси співали в унісон, а симфонія повторювалася. Він гідний бути шедевром старовинної музики.
Другий етап - заснування дисципліни металоматеріалознавство
Закласти основу для дисциплін з металевих матеріалів: металургія, металографія, фазові зміни та легована сталь тощо.
1803: Дальтон запропонував атомну теорію, а Авогадро — молекулярну.
1830: Гессель запропонував 32 типи кристалів і популяризував кристалічний індекс.
1891: Вчені з Росії, Німеччини, Великобританії та інших країн незалежно один від одного створили теорію структури решітки.
1864: Сорбі підготував першу металографічну фотографію, 9 разів, але значну.
1827: Карстен виділив Fe3C зі сталі, а в 1888 році Абель довів, що це Fe3C.
1861: Очернов запропонував концепцію критичної температури переходу сталі.
Кінець 19 століття: дослідження мартенситу стало модним, Гіббс отримав фазовий закон, Роберт-Остен відкрив властивості твердого розчину аустеніту, а Рузебум встановив діаграму рівноваги системи Fe-Fe3C.
Третій етап - великий розвиток мікроорганізаційної теорії
Фазова діаграма сплаву, винахід і застосування рентгенівського випромінювання, створення теорії дислокацій.
1912: було відкрито рентгенівське випромінювання, яке підтвердило, що (δ)-Fe є ОЦК, а -Fe є ГЦК; закон твердого розчину.
1931: виявив роль легуючих елементів у розширенні та звуженні зони.
1934: росіянин Полані, угорець Орован і британець Тейлор незалежно один від одного запропонували дислокаційну теорію для пояснення пластичної деформації сталі; кристалографія мартенситного перетворення.
1938: Винайдено електронний мікроскоп.
1910: Було винайдено нержавіючу сталь, нержавіючу сталь F було винайдено в 1912 році тощо.
1990: Винайшовши твердомір за Брінеллем, Гріффіт припустив, що концентрація напруги може призвести до мікротріщин.
Четвертий етап - поглиблене дослідження мікротеорії
Поглиблене вивчення мікроскопічної теорії: дослідження атомної дифузії та її сутності; визначення кривої сталі ТТТ; теорія бейнітного і мартенситного перетворень склала відносно повну теорію.
Створення теорії дислокацій: винахід електронного мікроскопа привів до спостереження виділення другої фази в сталі та ковзання дислокацій, а також виявлення неповних дислокацій, дефектів упаковки, дислокаційних стінок, субструктур, повітряних мас Коттрела та інших явищ, і розвиток теорії дислокацій. Неправильна теорія.
Постійно винаходяться нові наукові прилади: електронні зонди, польові іоно-емісійні та польові електронно-емісійні мікроскопи, скануючі просвічуючі електронні мікроскопи (STEM), скануючі тунельні мікроскопи (STM), атомно-силові мікроскопи (AFM) тощо.
2. Сучасні металеві матеріали
Дослідження та розробка передових конструкційних матеріалів — вічна тема.
Розробляйте високоефективні конструкційні матеріали: від досягнення високої міцності, стійкості до високих температур, стійкості до корозії та зносостійкості до зменшення механічної ваги, покращення продуктивності та подовження терміну служби. Широкий діапазон застосувань від композитів до конструкційних матеріалів, таких як композити з алюмінієвою матрицею. Розробка низькотемпературної аустенітної сталі для різних серій використання.
Трансформація традиційних конструкційних матеріалів: важливі шляхи — зробити структуру більш тонкою та однорідною, матеріали — чистішими, а також звернути увагу на майстерність виготовлення. «Сталеві матеріали нового покоління» вдвічі міцніші за існуючі сталеві матеріали. Інцидент "9.11" у Сполучених Штатах виявив низьку стійкість до високотемпературного розм'якшення сталевих конструкцій, які використовуються в будівництві, що сприяло розробці високоміцної гарячекатаної вогнестійкої та атмосферостійкої сталі.
Розробляйте інші високоякісні сталі: використовуйте різноманітні нові процеси та нові методи для створення нових інструментальних сталей із хорошою міцністю та зносостійкістю. Економічне легування є напрямом розвитку швидкорізальної сталі, і велике значення в розробці нових інструментальних матеріалів має розробка різних технологій обробки поверхні інструментальних матеріалів.
Удосконалена технологія підготовки: така як технологія напівтвердої обробки металу, зрілість і застосування технології алюмінієво-магнієвих сплавів, технічні обмеження існуючої сталі та зміцнення та загартування сталі є напрямком зусиль.
3. Сталий розвиток і тенденції металевих матеріалів
У 2004 році було запропоновано «Промисловість матеріалів у циркулярному суспільстві — сталий розвиток промисловості матеріалів».
Мікробна металургія: безвідходне виробництво, яке вже практикується в промислових масштабах у багатьох країнах. США використовують мікробні металургійні методи для виробництва міді, що становить 10% від загального виробництва, а Японія штучно культивує асцидію для добування ванадію. Морська вода є різновидом рідкого мінералу, а кількість легуючих елементів, що містяться в морській воді, перевищує 10 мільярдів тонн. Такі елементи, як магній і уран, тепер можна добувати з морської води. Близько 20% магнію, що виробляється у світі, надходить із морської води. Сполучені Штати вже задовольняють 80% своєї потреби цим магнієм.
Промисловість вторинної переробки матеріалів: адаптація до потреб часу, інтеграція екологічної та екологічної свідомості в дизайн продуктів і виробничих процесів, покращення використання матеріалів і зменшення навантаження на навколишнє середовище під час виробництва та використання. Розвивайте галузь, яка формує дієвий цикл «ресурси→матеріали→довкілля”.
Основним напрямком розробки сплавів є використання менш легуючих і сплавів загального призначення для формування екологічно чистої системи матеріалів, яка сприяє відновленню та повторному використанню матеріалів. Необхідно досліджувати та розробляти екологічно чисті матеріали, тісно пов’язані з життям людей.
4. Титановий сплав називають «космічним металом» і «сталлю майбутнього»
Титанові сплави зберігають високу міцність як при високих, так і при низьких температурах, а їх стійкість до корозії не має собі рівних. Титан у великій кількості міститься в землі (0,6%). Однак процес переробки є складним і дорогим, а його широке застосування обмежене. Титановий сплав стане одним із металевих матеріалів, який зробить важливий внесок у розвиток людства у 21 столітті.
5. Кольорові метали
Ресурси стикаються з серйозними проблемами нестабільного розвитку, головним чином через серйозні пошкодження ресурсів, низький рівень використання та приголомшливі відходи. Технологія глибокої переробки відстала, бракує високоякісної продукції; мало інноваційних досягнень і невисокий ступінь індустріалізації досягнень високих технологій. Розробка високоефективних конструкційних матеріалів і передових методів їх обробки є основною тенденцією, наприклад, алюмінієво-літієвих сплавів, алюмінієвих сплавів швидкого затвердіння тощо. Функціональні матеріали з кольорових металів також є напрямком розвитку.
