01金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來

第一階段
原始鋼鐵生產(chǎn)

公元前4300年：自然的金、銅及鍛打等工藝

公元前2800年：鐵的熔煉

公元前2000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰(zhàn)國）

東漢時(shí)：反復(fù)鍛打鋼→最原始形變熱處理工藝

淬火技術(shù)：“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” （現(xiàn)代的水淬、油淬）

吳王夫差矛和越王勾踐劍

商周時(shí)期的青銅敦和尊盤

商代青銅縱目人面像

擂鼓墩二號墓編鐘復(fù)制件

1981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰(zhàn)國編鐘一套，音律準(zhǔn)確，音色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達(dá)5個(gè)8度以上，可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人合作演出，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴，無愧為古代音樂之絕響。

第二階段
金屬材料學(xué)科的基礎(chǔ)

奠定金屬材料學(xué)科基礎(chǔ)：金屬學(xué)、金相學(xué)、相變和合金鋼等。

1803年：道爾頓提出原子學(xué)說，阿伏加德羅提出分子論。

1830年：Hessel提出32種晶體類型，普及晶體指數(shù)。

1891年：俄、德、英等國科學(xué)家分別獨(dú)立地創(chuàng)立了點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)理論。

1864年：Sorby制備第一張金相照片，9倍，但意義重大。

1827年：Karsten從鋼中分離出了Fe3C，1888年Abel證明了這是Fe3C。

1861年：俄契爾諾夫提出了鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度的概念。

19世紀(jì)末：馬氏體研究已成為時(shí)髦，Gibbs得到了相律，Robert-Austen發(fā)現(xiàn)了奧氏體固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡圖。

第三階段
微觀組織理論大發(fā)展

合金相圖，X射線發(fā)明及應(yīng)用，位錯(cuò)理論的建立。

1912年：發(fā)現(xiàn)X射線，證實(shí)α（δ）-Fe是bcc，γ-Fe是fcc；固溶體規(guī)律。

1931年：發(fā)現(xiàn)合金元素的擴(kuò)大和縮小γ區(qū)作用。

1934年：俄國Polanyi、匈牙利Orowan和英國Taylor各自獨(dú)立地提出了位錯(cuò)理論，解釋鋼的塑性變形；馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)。

1938年：發(fā)明了電子顯微鏡。

1910年：發(fā)明A不銹鋼，1912年發(fā)明了F不銹鋼等。

1990年：發(fā)明了布氏硬度計(jì)，Griffith提出了應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生微裂紋。

第四階段
微觀理論的深入研究

微觀理論的深入研究：原子擴(kuò)散及其本質(zhì)的研究；鋼TTT曲線測定；貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變理論形成了比較完整的理論。

位錯(cuò)理論建立：電子顯微鏡的發(fā)明，促使看到了鋼中第二相沉淀析出，位錯(cuò)滑移，發(fā)現(xiàn)了不全位錯(cuò)、層錯(cuò)、位錯(cuò)墻、亞結(jié)構(gòu)、Cottrell氣團(tuán)等現(xiàn)象，發(fā)展出位錯(cuò)理論。

新科學(xué)儀器不斷發(fā)明：電子探針，場離子發(fā)射顯微鏡和場電子發(fā)射顯微鏡、掃描透射電鏡（STEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等。

02現(xiàn)代金屬材料

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研究與開發(fā)是永恒的主題。

開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料：從高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損功能的追求到降低機(jī)械重量、提高性能、延長使用壽命。復(fù)合材料到結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用，如鋁基復(fù)合材料。開發(fā)各種系列用途的低溫奧氏體鋼。

改造傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料：重要途徑是組織更細(xì)、更均勻，材料更純潔，注重工藝?！靶乱淮撹F材料” 強(qiáng)度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍。美“9.11”事件，暴露建筑用鋼結(jié)構(gòu)抗高溫軟化能力差，由此推動(dòng)開發(fā)高強(qiáng)熱軋耐火耐候鋼。

開發(fā)其他高性能鋼：利用各種新工藝、新方法制造出韌性和耐磨性都很好的新型工具鋼。經(jīng)濟(jì)合金化是高速鋼的一個(gè)發(fā)展方向，工具材料的各種表面處理技術(shù)開發(fā)，在新型工具材料的開發(fā)上具有重要的意義。

先進(jìn)制備工藝：如金屬半固態(tài)加工技術(shù)，鋁鎂合金技術(shù)的成熟與應(yīng)用，現(xiàn)有鋼的技術(shù)界限和鋼強(qiáng)韌化是努力的方向。

03金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢

2004年提出了 “循環(huán)型社會(huì)的材料產(chǎn)業(yè)——材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展”。

微生物冶金：無廢物的生產(chǎn)，已在許多國家進(jìn)行了工業(yè)性生產(chǎn)。美國利用微生物冶金方法生產(chǎn)的銅占總產(chǎn)量的10%，日本人工培植海鞘以提取釩。海水是一種液態(tài)礦，海水中含有的合金元素量超過100億噸。現(xiàn)在已可從海水中提取鎂、鈾等元素，全世界生產(chǎn)的鎂大約有20%來自海水，美國靠這種鎂已滿足著需求量的80%。

循環(huán)材料產(chǎn)業(yè)：適應(yīng)時(shí)代需要，把生態(tài)環(huán)境意識貫穿于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)之中，提高材料利用率、降低生產(chǎn)和使用過程中環(huán)境的負(fù)擔(dān)。發(fā)展形成“資源→材料→環(huán)境”良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)。

合金發(fā)展的主流方向是少合金化與通用合金，形成綠色/生態(tài)材料體系，有利于材料的回收與再生利用。要研究開發(fā)與人民生活密切相關(guān)的綠色材料以及環(huán)境友好材料。

04鈦合金被稱為“空間金屬”、“未來鋼鐵”

鈦合金在高溫和低溫下都能保持高強(qiáng)度，耐蝕性也是無可匹敵的。鈦在地球中含量不少（0.6%）。但是提煉工藝復(fù)雜，成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。鈦合金將是二十一世紀(jì)為人類作重要貢獻(xiàn)的金屬材料之一。

05有色金屬

資源面臨著不可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題，主要是資源破壞嚴(yán)重和利用率很低，浪費(fèi)驚人。精深加工技術(shù)落后，高檔產(chǎn)品缺乏；創(chuàng)新成果少，高新技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化程度不高。開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料及其先進(jìn)工藝方法是主流，如：鋁鋰合金、快速凝固鋁合金等。有色金屬功能材料也是發(fā)展方向。