Kratka povijest razvoja metalnih materijala

1. Prošlost, sadašnjost i budućnost metalnih materijala

Faza 1 – Proizvodnja sirovog čelika

4300 pr. Kr.: Prirodno zlato, bakar i kovanje i drugi zanati

2800 pr. Kr.: Taljenje željeza

2000. pr. Kr.: Prosperitet bronce, zvona i oružja (Shang, Zhou, proljeće i jesen i zaraćene države)

Dinastija Istočni Han: Opetovano kovanje čelika → najprimitivniji proces deformacijske toplinske obrade

Tehnologija kaljenja: "kupka s utapanjem pet životinja, gašenje sa mastima pet životinja" (moderno kaljenje u vodi, kaljenje u ulju)

Koplje Fuchai kralja Wua i mač kralja Goujiana Yuea

Brončani Dunhe Zunpan iz dinastija Shang i Zhou

Brončana figura ljudskog lica iz dinastije Shang

Replika zvona iz Leigudunove grobnice br. 2

Godine 1981. iz grobnice br. 2 u Leigudunu, u provinciji Hubei, iskopan je niz zvona iz razdoblja zaraćenih država, s točnim ritmom i prekrasnom bojom. Njegov broj i ljestvica su drugi iza Zeng Houyijevih zvona, s ukupnim rasponom većim od pet oktava. Može se sam modulirati da svira različitu glazbu sastavljenu od pet, šest i sedam tonskih ljestvica. Zahtijeva petero ljudi za nastup u suradnji, pri čemu svi glasovi pjevaju unisono i simfonija se ponavlja. Zaslužuje da bude remek-djelo stare glazbe.

Druga faza - temelj discipline metalnih materijala

Postaviti temelje za discipline metalnih materijala: metalurgija, metalografija, fazne promjene i legirani čelik, itd.

1803: Dalton je predložio atomsku teoriju, a Avogadro molekularnu teoriju.

1830: Hessel je predložio 32 tipa kristala i popularizirao kristalni indeks.

1891: Znanstvenici iz Rusije, Njemačke, Britanije i drugih zemalja neovisno su stvorili teoriju strukture rešetke.

1864: Sorby je pripremio prvu metalografsku fotografiju, 9 puta, ali značajnu.

1827.: Karsten je izolirao Fe3C iz čelika, a 1888. Abel je dokazao da je to Fe3C.

1861: Ochernov je predložio koncept kritične prijelazne temperature čelika.

Kraj 19. stoljeća: istraživanje martenzita postalo je moderno, Gibbs je dobio fazni zakon, Robert-Austen je otkrio svojstva čvrste otopine austenita, a Roozeboom je uspostavio dijagram ravnoteže Fe-Fe3C sustava.

Treća faza - veliki razvoj mikroorganizacijske teorije

Fazni dijagram legure, izum i primjena X-zraka, postavljanje teorije dislokacija.

1912: X-zrake su otkrivene, potvrđujući da je (δ)-Fe bcc i -Fe fcc; zakon čvrste otopine.

1931.: Otkrio ulogu legirajućih elemenata u širenju i skupljanju zone.

1934.: Rus Polanyi, Mađar Orowan i Britanac Taylor svaki neovisno predložili su dislokacijsku teoriju za objašnjenje plastične deformacije čelika; kristalografija martenzitne transformacije.

1938: Izumljen je elektronski mikroskop.

1910.: Izumljen je nehrđajući čelik, F nehrđajući čelik je izumljen 1912. itd.

1990.: Izumom uređaja za ispitivanje tvrdoće po Brinellu, Griffith je predložio da koncentracija naprezanja može dovesti do mikropukotina.

Četvrta faza - dubinsko istraživanje mikro teorije

Detaljno proučavanje mikroskopske teorije: istraživanje atomske difuzije i njezine biti; određivanje TTT krivulje čelika; teorija transformacije bainita i martenzita formirala je relativno cjelovitu teoriju.

Uspostava teorije dislokacija: Izum elektronskog mikroskopa doveo je do opažanja taloženja druge faze u čeliku i klizanja dislokacija, te otkrića nepotpunih dislokacija, grešaka slaganja, dislokacijskih stijenki, podstruktura, Cottrellovih zračnih masa i drugih pojava, i razvoj teorije dislokacija. Pogrešna teorija.

Stalno se izmišljaju novi znanstveni instrumenti: elektronske sonde, ionski emisioni i poljski elektronski emisioni mikroskopi, skenirajući prijenosni elektronski mikroskopi (STEM), skenirajući tunelski mikroskopi (STM), mikroskopi atomske sile (AFM) itd.

2. Suvremeni metalni materijali

Istraživanje i razvoj naprednih konstrukcijskih materijala vječna je tema.

Razvijte strukturne materijale visokih performansi: od težnje za visokom čvrstoćom, otpornošću na visoke temperature, otpornošću na koroziju i otpornošću na trošenje do smanjenja mehaničke težine, poboljšanja performansi i produljenja vijeka trajanja. Širok raspon primjena od kompozita do strukturnih materijala, kao što su kompoziti s aluminijskom matricom. Razviti niskotemperaturni austenitni čelik za različite namjene.

Transformacija tradicionalnih strukturnih materijala: Važni načini su učiniti strukturu finijom i ujednačenijom, materijali biti čišći i obratiti pažnju na izradu. "Čelični materijali nove generacije" dvostruko su jači od postojećih čeličnih materijala. Incident "9.11" u Sjedinjenim Američkim Državama razotkrio je slabu otpornost čeličnih konstrukcija koje se koriste u građevinarstvu na omekšavanje pri visokim temperaturama, što je pospješilo razvoj toplovaljanog čelika visoke čvrstoće otpornog na vatru i vremenske uvjete.

Razvijte druge čelike visokih performansi: koristite različite nove procese i nove metode za stvaranje novih čelika za alate s dobrom žilavošću i otpornošću na trošenje. Ekonomično legiranje je smjer razvoja brzoreznog čelika, a razvoj različitih tehnologija površinske obrade alatnih materijala ima veliki značaj u razvoju novih alatnih materijala.

Napredna tehnologija pripreme: kao što je tehnologija polučvrste obrade metala, zrelost i primjena tehnologije aluminij-magnezijevih legura, tehnička ograničenja postojećeg čelika te jačanje i kaljenje čelika smjer su napora.

3. Održivi razvoj i trendovi metalnih materijala

Godine 2004. predložena je "Industrija materijala u kružnom društvu—održivi razvoj industrije materijala".

Mikrobna metalurgija: proizvodnja bez otpada, već se prakticira u industrijskim razmjerima u mnogim zemljama. Sjedinjene Države koriste mikrobne metalurške metode za proizvodnju bakra, što čini 10% ukupne proizvodnje, a Japan umjetno uzgaja ascidije kako bi ekstrahirao vanadij. Morska voda je vrsta tekućeg minerala, a količina legirajućih elemenata sadržanih u morskoj vodi prelazi 10 milijardi tona. Elementi poput magnezija i urana sada se mogu ekstrahirati iz morske vode. Oko 20% magnezija proizvedenog u svijetu dolazi iz morske vode. Sjedinjene Države već zadovoljavaju 80% svojih potreba ovim magnezijem.

Industrija recikliranja materijala: Prilagodba potrebama vremena, integracija ekološke i ekološke svijesti u dizajn proizvoda i proizvodnih procesa, poboljšanje iskorištenja materijala i smanjenje opterećenja okoliša tijekom proizvodnje i uporabe. Razviti industriju koja tvori učinkovit ciklus "resursi → materijali → okoliš".

Glavni smjer razvoja legura je manje legiranje i legura opće namjene za formiranje zelenog/ekološkog sustava materijala, koji je pogodan za oporabu i ponovnu upotrebu materijala. Potrebno je istraživati ​​i razvijati zelene materijale i ekološki prihvatljive materijale koji su usko povezani sa životima ljudi.

4. Legura titana naziva se "svemirski metal" i "čelik budućnosti"

Legure titana održavaju visoku čvrstoću i na visokim i na niskim temperaturama, a njihova otpornost na koroziju je neusporediva. Titana ima u izobilju u zemlji (0,6%). Međutim, proces rafiniranja je složen i skup, a njegova široka primjena ograničena. Legura titana bit će jedan od metalnih materijala koji će dati važan doprinos čovječanstvu u 21. stoljeću.

5. Obojeni metali

Resursi se suočavaju s ozbiljnim problemima neodrživog razvoja, uglavnom zbog ozbiljnog oštećenja resursa, niske stope iskorištenosti i nevjerojatnog otpada. Tehnologija duboke obrade je zaostala i postoji nedostatak vrhunskih proizvoda; malo je inovativnih dostignuća i stupanj industrijalizacije visokotehnoloških dostignuća nije visok. Razvoj visokoučinkovitih strukturnih materijala i njihovih naprednih metoda obrade glavni je tok, kao što su aluminij-litijeve legure, aluminijske legure s brzim skrućivanjem, itd. Funkcionalni materijali od obojenih metala također su smjer razvoja.