ประวัติโดยย่อของการพัฒนาวัสดุโลหะ

1. อดีต ปัจจุบัน และอนาคตของวัสดุโลหะ
ขั้นตอนที่ 1 - การผลิตเหล็กดิบ
4300 ปีก่อนคริสตกาล: ทองคำธรรมชาติ ทองแดง และงานตีเหล็ก
2800 ปีก่อนคริสตกาล: การถลุงเหล็ก
2,000 ปีก่อนคริสตกาล: ความรุ่งเรืองของเครื่องทองสัมฤทธิ์ กระดิ่ง และอาวุธ (ชาง โจว ฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง และรัฐที่มีการสู้รบ)
ราชวงศ์ฮั่นตะวันออก: การตีขึ้นรูปเหล็กซ้ำแล้วซ้ำเล่า → กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนแบบเปลี่ยนรูปแบบดั้งเดิมที่สุด
เทคโนโลยีการดับ: "อาบน้ำด้วยการจมน้ำของสัตว์ห้าตัว, ดับด้วยไขมันของสัตว์ห้าตัว" (การดับน้ำสมัยใหม่, การดับน้ำมัน)
กษัตริย์ Fuchai แห่ง Wu และ King Goujian แห่ง Yue
จานสำริดตุนและซุนจากราชวงศ์ซางและโจว
ใบหน้ามนุษย์บรอนซ์ราชวงศ์ซางที่มีดวงตายาว
สำเนาระฆังจากสุสาน Leigudun หมายเลข 2
ในปี 1981 ระฆังชุดหนึ่งจากยุคสงครามถูกขุดพบจากสุสานหมายเลข 2 ในเมือง Leigudun มณฑลหูเป่ย ด้วยจังหวะที่แม่นยำและเสียงต่ำที่ไพเราะ จำนวนและมาตราส่วนเป็นรองเพียงระฆัง Zeng Hou Yi เท่านั้น โดยมีช่วงเสียงรวมมากกว่า 5 อ็อกเทฟ สามารถปรับแต่งได้ด้วยตัวเอง และสามารถเล่นเพลงต่างๆ ที่ประกอบด้วยสเกล 5 โทน 6 โทน และ 7 โทนได้ ต้องใช้คนห้าคนในการแสดงร่วมกัน และเสียงทั้งหมดจะออกมาพร้อมเพรียงกัน ไพเราะ และซ้อนกัน ซึ่งคู่ควรกับการเป็นเสียงดนตรีโบราณที่หาตัวจับยาก

รูปภาพ

ขั้นตอนที่สอง - รากฐานของระเบียบวินัยของวัสดุโลหะ

วางรากฐานของสาขาวิชาวัสดุโลหะ: โลหะวิทยา, โลหะวิทยา, การแปลงเฟสและโลหะผสมเหล็ก ฯลฯ

1803: Dalton เสนอทฤษฎีอะตอม Avogadro เสนอทฤษฎีโมเลกุล
1830: Hessel เสนอคริสตัล 32 ชนิดและทำให้ดัชนีคริสตัลเป็นที่นิยม
พ.ศ. 2434 (ค.ศ. 1891) นักวิทยาศาสตร์จากรัสเซีย เยอรมนี อังกฤษ และประเทศอื่น ๆ ได้ร่วมกันสร้างทฤษฎีโครงสร้างตาข่าย
พ.ศ. 2407: ซอร์บีเตรียมภาพถ่ายโลหะวิทยาครั้งแรก 9 ครั้ง แต่มีความสำคัญ
1827: Karsten แยก Fe3C ออกจากเหล็ก และในปี 1888 Abel ได้พิสูจน์ว่ามันคือ Fe3C
1861: Ochernov เสนอแนวคิดเกี่ยวกับอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของเหล็ก
ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19: การวิจัยของมาร์เทนไซต์กลายเป็นที่นิยม กิ๊บส์ได้รับกฎของเฟส โรเบิร์ต-ออสเตนค้นพบลักษณะสารละลายที่เป็นของแข็งของออสเทนไนต์ และรูซบูมสร้างแผนภาพสมดุลของระบบ Fe-Fe3C

รูปภาพ

ขั้นตอนที่สาม - การพัฒนาที่ดีของทฤษฎีองค์กรขนาดเล็ก

ไดอะแกรมเฟสของโลหะผสม การประดิษฐ์และการประยุกต์ใช้รังสีเอกซ์ การสร้างทฤษฎีการเคลื่อนที่

2455: ค้นพบรังสีเอกซ์ ยืนยันว่า (δ) -Fe คือ bcc, -Fe คือ fcc; กฎการแก้ปัญหาที่มั่นคง
พ.ศ. 2474: การค้นพบการขยายตัวและการหดตัวของบริเวณของธาตุผสม
พ.ศ. 2477: Russian Polanyi, Hungarian Orowan และ British Taylor ได้เสนอทฤษฎีการเคลื่อนที่เพื่ออธิบายการเปลี่ยนรูปพลาสติกของเหล็ก ผลึกศาสตร์ของการแปลงมาร์เทนซิติก
1938: กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถูกประดิษฐ์ขึ้น
1910: เหล็กกล้าไร้สนิมถูกประดิษฐ์ขึ้น และเหล็กกล้าไร้สนิม F ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1912
1990: คิดค้นเครื่องทดสอบความแข็ง Brinell โดย Griffith เสนอว่าความเข้มข้นของความเค้นจะทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก

รูปภาพ

ขั้นตอนที่สี่ - การศึกษาในเชิงลึกของทฤษฎีจุลภาค

การวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับทฤษฎีจุลทรรศน์: การวิจัยเกี่ยวกับการแพร่กระจายของอะตอมและสาระสำคัญ การวัดความโค้งของเหล็ก TTT; ทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงของเบไนต์และมาร์เทนไซต์ก่อตัวเป็นทฤษฎีที่ค่อนข้างสมบูรณ์
การก่อตั้งทฤษฎีการเคลื่อนที่: การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทำให้เกิดการตกตะกอนของระยะที่สองในเหล็ก สลิปการเคลื่อนที่ และการค้นพบการเคลื่อนที่ที่ไม่สมบูรณ์ รอยเลื่อนซ้อนกัน ผนังการเคลื่อนที่ โครงสร้างย่อย มวลอากาศ Cottrell ฯลฯ และพัฒนา ทฤษฎีความคลาดเคลื่อน ผิดทฤษฎี
มีการคิดค้นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง: โพรบอิเล็กตรอน, กล้องจุลทรรศน์ปล่อยไอออนภาคสนามและกล้องจุลทรรศน์ปล่อยอิเล็กตรอนภาคสนาม, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราด (STEM), กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดอุโมงค์ (STM), กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู (AFM) เป็นต้น

รูปภาพ

2. วัสดุโลหะที่ทันสมัย

การวิจัยและพัฒนาวัสดุโครงสร้างขั้นสูงเป็นหัวข้อนิรันดร์
พัฒนาวัสดุโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูง: จากการแสวงหาความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่อการสึกหรอ ไปจนถึงการลดน้ำหนักเชิงกล การปรับปรุงประสิทธิภาพ และยืดอายุการใช้งาน การใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่วัสดุคอมโพสิตไปจนถึงวัสดุโครงสร้าง เช่น วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ พัฒนาเหล็กกล้าออสเทนนิติกอุณหภูมิต่ำสำหรับการใช้งานต่างๆ
การเปลี่ยนแปลงของวัสดุโครงสร้างแบบดั้งเดิม: วิธีที่สำคัญคือการมีโครงสร้างที่ละเอียดและสม่ำเสมอมากขึ้น วัสดุที่บริสุทธิ์ขึ้น และมุ่งเน้นไปที่งานฝีมือ "วัสดุเหล็กรุ่นใหม่" มีความแข็งแรงเป็นสองเท่าของวัสดุเหล็กที่มีอยู่ เหตุการณ์ "9.11" ในสหรัฐอเมริกาเผยให้เห็นโครงสร้างเหล็กที่ใช้ในการก่อสร้างที่มีความต้านทานต่ำต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งส่งเสริมการพัฒนาเหล็กรีดร้อนกำลังสูงที่ทนไฟและทนต่อสภาพอากาศ
พัฒนาเหล็กกล้าสมรรถนะสูงอื่นๆ: ใช้กระบวนการใหม่ๆ และวิธีการใหม่ๆ ในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือแบบใหม่ที่มีความเหนียวและต้านทานการสึกหรอได้ดี การเจือแบบประหยัดเป็นทิศทางการพัฒนาของเหล็กกล้าความเร็วสูง และการพัฒนาเทคโนโลยีการชุบผิวต่างๆ สำหรับวัสดุเครื่องมือมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาวัสดุเครื่องมือใหม่ๆ
เทคโนโลยีการเตรียมการขั้นสูง: เช่น เทคโนโลยีการแปรรูปโลหะกึ่งแข็ง การครบกำหนดและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม ขีดจำกัดทางเทคนิคของเหล็กที่มีอยู่ และการเสริมความแข็งแกร่งและการแกร่งของเหล็กเป็นทิศทางของความพยายาม

รูปภาพ

3. การพัฒนาอย่างยั่งยืนและแนวโน้มของวัสดุโลหะ

ในปี พ.ศ. 2547 ได้เสนอ "อุตสาหกรรมวัสดุในสังคมรีไซเคิล - การพัฒนาที่ยั่งยืนของอุตสาหกรรมวัสดุ"

โลหะวิทยาของจุลินทรีย์: การผลิตแบบไร้ของเสีย มีการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมแล้วในหลายประเทศ ทองแดงที่ผลิตโดยจุลินทรีย์โลหกรรมในสหรัฐอเมริกาคิดเป็น 10 เปอร์เซ็นต์ของผลผลิตทั้งหมด และเพรียงหัวหอมทะเลได้รับการปลูกฝังในญี่ปุ่นเพื่อสกัดวาเนเดียม น้ำทะเลเป็นแร่ธาตุที่เป็นของเหลว และปริมาณขององค์ประกอบเจือปนที่มีอยู่ในน้ำทะเลมีมากกว่า 1 หมื่นล้านตัน ปัจจุบันสามารถสกัดแมกนีเซียม ยูเรเนียม และธาตุอื่นๆ ได้จากน้ำทะเล ประมาณร้อยละ 20 ของแมกนีเซียมที่ผลิตในโลกมาจากน้ำทะเล และสหรัฐอเมริกามีความต้องการแมกนีเซียมชนิดนี้ถึงร้อยละ 80 แล้ว
อุตสาหกรรมวัสดุรีไซเคิล: เพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการของเวลา รวมความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมและสิ่งแวดล้อมเข้ากับการออกแบบผลิตภัณฑ์และกระบวนการผลิต ปรับปรุงอัตราการใช้วัสดุ และลดภาระด้านสิ่งแวดล้อมในกระบวนการผลิตและการใช้งาน พัฒนาอุตสาหกรรมที่ก่อตัวเป็นวัฏจักรอันดีงามของ "ทรัพยากร → วัสดุ → สิ่งแวดล้อม"
ทิศทางหลักของการพัฒนาโลหะผสมคือโลหะผสมต่ำและโลหะผสมที่ใช้งานทั่วไป ก่อให้เกิดระบบวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม/สิ่งแวดล้อม ซึ่งเอื้อต่อการรีไซเคิลและการรีไซเคิลวัสดุ จำเป็นต้องมีการวิจัยและพัฒนาวัสดุสีเขียวและวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับชีวิตของผู้คนอย่างใกล้ชิด

รูปภาพ

4. โลหะผสมไทเทเนียมเรียกว่า "โลหะอวกาศ" และ "เหล็กแห่งอนาคต"

โลหะผสมไททาเนียมสามารถรักษาความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูงและต่ำ และความต้านทานการกัดกร่อนนั้นไม่มีใครเทียบได้ ไททาเนียมมีอยู่มากมายในโลก (0.6 เปอร์เซ็นต์ ) อย่างไรก็ตาม กระบวนการสกัดซับซ้อน ต้นทุนสูง และการใช้งานในวงกว้างมีจำกัด โลหะผสมไททาเนียมจะเป็นหนึ่งในวัสดุโลหะที่จะมีส่วนสำคัญต่อมนุษยชาติในศตวรรษที่ 21

5. โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

ทรัพยากรกำลังเผชิญกับปัญหาร้ายแรงของการพัฒนาที่ไม่ยั่งยืน สาเหตุหลักมาจากความเสียหายร้ายแรงต่อทรัพยากร อัตราการใช้ต่ำ และของเสียที่น่าตกใจ เทคโนโลยีการประมวลผลแบบเร่งรัดล้าสมัย ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์กำลังขาดแคลน ความสำเร็จด้านนวัตกรรมมีน้อย และระดับอุตสาหกรรมของความสำเร็จด้านเทคโนโลยีขั้นสูงนั้นไม่สูงนัก การพัฒนาวัสดุโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูงและวิธีการดำเนินการขั้นสูงเป็นกระแสหลัก เช่น: โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม โลหะผสมอะลูมิเนียมที่แข็งตัวอย่างรวดเร็ว เป็นต้น วัสดุที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กก็เป็นทิศทางการพัฒนาเช่นกัน