Trumpa metalo medžiagų raidos istorija
1. Metalo medžiagų praeitis, dabartis ir ateitis
1 etapas – žaliavinio plieno gamyba
4300 m. pr. Kr.: natūralus auksas, varis ir kalimas bei kiti amatai
2800 m. pr. Kr.: geležies lydymas
2000 m. pr. Kr.: bronzos, varpelių ir ginklų klestėjimas (Shang, Zhou, pavasaris ir ruduo bei kariaujančios valstybės)
Rytų Hanų dinastija: Pakartotinis plieno kalimas → pats primityviausias deformacinio terminio apdorojimo procesas
Gesinimo technologija: „Vonia su penkių gyvūnų skandinimo, gesinimo su penkių gyvūnų riebalais“ (šiuolaikinis vandens gesinimas, gesinimas aliejumi)
Karaliaus Wu Fuchai ietis ir Yue karaliaus Goujian kardas
Bronzinė Dunhe Zunpan iš Shang ir Zhou dinastijų
Shang dinastijos bronzinė žmogaus veido figūra
Varpelių kopija iš Leigudūno kapo Nr. 2
1981 m. Leigudune, Hubėjaus provincijoje, kape Nr. 2 buvo rastas tikslaus ritmo ir gražaus tembro kariaujančių valstybių laikotarpio varpelių rinkinys. Jo skaičius ir skalė nusileidžia tik Zeng Houyi varpeliams, kurių bendras diapazonas yra daugiau nei penkios oktavos. Jis gali būti moduliuojamas pats groti įvairią muziką, sudarytą iš penkių, šešių ir septynių tonų skalių. Tam reikia penkių žmonių, kurie bendradarbiautų, visi balsai dainuotų vieningai, o simfonija kartotųsi. Tai verta būti senovės muzikos šedevru.
Antrasis etapas – metalo medžiagų disciplinos pagrindas
Padėkite pamatus metalo medžiagų disciplinoms: metalurgijai, metalografijai, fazių keitimui ir legiruotojui plienui ir kt.
1803 m. Daltonas pasiūlė atominę teoriją, o Avogadro – molekulinę teoriją.
1830 m.: Heselis pasiūlė 32 kristalų tipus ir išpopuliarino kristalų indeksą.
1891 m.: Rusijos, Vokietijos, Didžiosios Britanijos ir kitų šalių mokslininkai savarankiškai sukūrė gardelės struktūros teoriją.
1864 m. Sorby parengė pirmąją metalografinę nuotrauką, 9 kartus, bet reikšmingą.
1827 m.: Karstenas iš plieno išskyrė Fe3C, o 1888 m. Abelis įrodė, kad tai Fe3C.
1861 m. Očernovas pasiūlė plieno kritinės pereinamosios temperatūros koncepciją.
XIX amžiaus pabaiga: Martensito tyrimai tapo madingi, Gibbsas gavo fazių dėsnį, Robertas-Austenas atrado kietojo austenito tirpalo savybes, o Roozeboom sukūrė Fe-Fe3C sistemos pusiausvyros diagramą.
Trečiasis etapas – didžioji mikroorganizacinės teorijos raida
Lydinio fazių diagrama, rentgeno išradimas ir taikymas, dislokacijos teorijos sukūrimas.
1912 m.: buvo atrasti rentgeno spinduliai, patvirtinantys, kad (δ)-Fe yra bcc, o -Fe yra fcc; tvirto sprendimo dėsnis.
1931 m.: atrado legiruojančių elementų vaidmenį plečiant ir sutraukiant zoną.
1934 m.: rusas Polanyi, vengras Orowanas ir britas Tayloras kiekvienas savarankiškai pasiūlė dislokacijos teoriją, paaiškinančią plieno plastinę deformaciją; martensitinės transformacijos kristalografija.
1938 m.: išrastas elektroninis mikroskopas.
1910 m.: buvo išrastas nerūdijantis plienas, 1912 m. buvo išrastas F nerūdijantis plienas ir kt.
1990 m.: Išradęs Brinell kietumo testerį, Griffithas pasiūlė, kad įtempių koncentracija gali sukelti mikroįtrūkimus.
Ketvirtasis etapas – giluminis mikro teorijos tyrimas
Nuodugnus mikroskopinės teorijos tyrimas: atominės difuzijos ir jos esmės tyrimai; plieno TTT kreivės nustatymas; bainito ir martensito transformacijos teorija suformavo gana išsamią teoriją.
Dislokacijos teorijos sukūrimas: elektroninio mikroskopo išradimas leido stebėti antrosios fazės nusodinimą pliene ir dislokacijos slydimą bei nebaigtus išnirimus, krovimo ydas, dislokacijos sienas, substruktūras, Cottrell oro mases ir kitus reiškinius, ir dislokacijos teorijos raida. Klaidinga teorija.
Nuolat išrandami nauji moksliniai instrumentai: elektronų zondai, lauko jonų emisijos ir lauko elektronų emisijos mikroskopai, skenuojantieji perdavimo elektroniniai mikroskopai (STEM), skenuojantieji tuneliniai mikroskopai (STM), atominės jėgos mikroskopai (AFM) ir kt.
2. Šiuolaikinės metalo medžiagos
Pažangių konstrukcinių medžiagų tyrimai ir plėtra yra amžina tema.
Kurkite aukštos kokybės konstrukcines medžiagas: nuo didelio stiprumo, atsparumo aukštai temperatūrai, atsparumo korozijai ir atsparumo dilimui siekimo iki mechaninio svorio mažinimo, eksploatacinių savybių gerinimo ir eksploatavimo trukmės ilginimo. Platus pritaikymo spektras nuo kompozitų iki konstrukcinių medžiagų, tokių kaip aliuminio matricos kompozitai. Kurti žemos temperatūros austenitinį plieną įvairioms reikmėms.
Tradicinių konstrukcinių medžiagų transformavimas: svarbūs būdai yra padaryti struktūrą smulkesnę ir vienodesnę, medžiagas grynesnes ir atkreipti dėmesį į meistriškumą. „Naujos kartos plieno medžiagos“ yra dvigubai tvirtesnės nei esamos plieno medžiagos. JAV įvykęs incidentas „9.11“ atskleidė prastą statyboje naudojamų plieninių konstrukcijų atsparumą aukštos temperatūros minkštėjimui, o tai paskatino didelio stiprumo karšto valcavimo ugniai ir oro sąlygoms atsparaus plieno kūrimą.
Kurkite kitus aukštos kokybės plienus: naudokite įvairius naujus procesus ir naujus metodus, kad sukurtumėte naujus įrankinius plienus, pasižyminčius geru kietumu ir atsparumu dilimui. Ekonominis legiravimas yra greitapjovio plieno plėtros kryptis, o įvairių įrankių medžiagų paviršiaus apdorojimo technologijų kūrimas turi didelę reikšmę kuriant naujas įrankių medžiagas.
Pažangi paruošimo technologija: pvz., metalo pusiau kieto apdorojimo technologija, aliuminio ir magnio lydinio technologijos branda ir pritaikymas, esamo plieno techninės ribos ir plieno stiprinimas bei grūdinimas yra pastangų kryptis.
3. Darni metalo medžiagų plėtra ir tendencijos
2004 m. buvo pasiūlyta „Medžiagų pramonė žiedinėje visuomenėje – tvari medžiagų pramonės plėtra“.
Mikrobinė metalurgija: gamyba be atliekų, daugelyje šalių jau taikoma pramoniniu mastu. JAV naudoja mikrobinius metalurginius metodus variui gaminti, o tai sudaro 10% visos produkcijos, o Japonija dirbtinai augina ascidijas, kad išgautų vanadį. Jūros vanduo yra skystas mineralas, o legiruojančių elementų kiekis jūros vandenyje viršija 10 milijardų tonų. Šiuo metu iš jūros vandens galima išgauti tokius elementus kaip magnis ir uranas. Apie 20% pasaulyje pagaminamo magnio gaunama iš jūros vandens. Jungtinės Valstijos šiuo magniu jau patenkina 80% savo poreikio.
Medžiagų perdirbimo pramonė: prisitaikymas prie laikmečio poreikių, ekologinio ir aplinkosauginio sąmoningumo integravimas į gaminių ir gamybos procesų dizainą, medžiagų panaudojimo gerinimas ir aplinkos naštos mažinimas gamybos ir naudojimo metu. Sukurti pramonę, kuri sudarytų palankų ciklą „ištekliai → medžiagos → aplinka“.
Pagrindinė lydinių kūrimo kryptis yra mažiau legiruojantys ir bendrosios paskirties lydiniai, siekiant sudaryti žalią / ekologišką medžiagų sistemą, kuri yra palanki medžiagų atgavimui ir pakartotiniam naudojimui. Būtina tirti ir kurti ekologiškas ir aplinkai nekenksmingas medžiagas, kurios yra glaudžiai susijusios su žmonių gyvenimu.
4. Titano lydinys vadinamas „kosminiu metalu“ ir „ateities plienu“
Titano lydiniai išlaiko didelį stiprumą tiek aukštoje, tiek žemoje temperatūroje, o jų atsparumas korozijai yra neprilygstamas. Titano žemėje yra daug (0,6 %). Tačiau rafinavimo procesas yra sudėtingas ir brangus, o platus jo taikymas yra ribotas. Titano lydinys bus viena iš metalinių medžiagų, kurios padarys svarbų indėlį į žmoniją XXI amžiuje.
5. Spalvotieji metalai
Ištekliai susiduria su rimtomis netvaraus vystymosi problemomis, daugiausia dėl didelės žalos ištekliams, žemo panaudojimo lygio ir stulbinamo atliekų kiekio. Giluminio apdorojimo technologija yra atsilikusi ir trūksta aukščiausios klasės produktų; inovatyvių pasiekimų yra nedaug, o aukštųjų technologijų pasiekimų industrializacijos laipsnis nėra aukštas. Aukštos kokybės konstrukcinių medžiagų ir pažangių jų apdorojimo metodų kūrimas yra pagrindinė kryptis, pvz., aliuminio-ličio lydiniai, greito kietėjimo aliuminio lydiniai ir kt. Spalvotųjų metalų funkcinės medžiagos taip pat yra plėtros kryptis.
