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金屬材料導(dǎo)論

2.1

材料簡史及金屬科學(xué)金屬材料是材料的一大類，是人類社會發(fā)展的極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。金屬科學(xué)是關(guān)于金屬材料方面的一門學(xué)科，它與金屬材料的創(chuàng)造、發(fā)明和發(fā)展是密切相關(guān)的，經(jīng)過生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗，反復(fù)總結(jié)提高而逐步發(fā)展和完善起來的。2.1.1

金屬材料應(yīng)用簡史人類和自然斗爭的歷史大致可分為兩大時代：石器時代和金屬時代，而金屬時代又分為銅器時代和鐵器時代。它標(biāo)志著人類生產(chǎn)大發(fā)展的三個飛躍階段，也是記載著人類文化進展的三個里程碑。人類由石器時代進入金屬時代是以青銅的創(chuàng)造和應(yīng)用作為重要標(biāo)志的；由銅器時代進入鐵器時代是以鑄鐵(或生鐵)的熔煉和應(yīng)用而開始的；而由鑄鐵到煉鋼，則又是一個較大的飛躍。鋼鐵在近代文明中占據(jù)著特殊重要的位置。歷史事實表明，自從鋼鐵的冶煉和應(yīng)用興起以后，人類社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展便以前所未有的增長速度迅猛向前發(fā)展。我國金屬材料的發(fā)展據(jù)考證早在商朝(公元前1652～前1066年)初期即已出現(xiàn)高度的青銅文化，可見銅器時代至少應(yīng)在夏朝就已開始了。圖2－1是戰(zhàn)國早期的編鐘，1977年在湖北隨縣出土，由65件青銅編鐘組成的龐大樂器，它高超的鑄造技術(shù)和良好的音樂性能改寫了世界音樂史。被中外專家稱為“稀世珍寶”。春秋(公元前722～前481年)時已能熔煉鑄鐵，到戰(zhàn)國(公元前403～前221年)時，鑄鐵的生產(chǎn)和應(yīng)用已顯著擴大，所謂白口鐵、展性鑄鐵、麻口鐵相繼出現(xiàn)。圖2－2所示為漢代的鐵镢頭，是一種農(nóng)具，說明秦漢時期已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用鐵器。

圖2－1戰(zhàn)國時代的銅鐘（1977年湖北出土）圖2－2漢代的農(nóng)具－鐵镢頭（公元前202年）圖2-3吳王夫差寶劍

圖2-4古代造劍作坊圖《百越先賢志》載:春秋時期,歐冶子于龍泉秦溪山麓冶劍，“鑿茨山，泄其溪，取山中鐵英，作劍三枚：曰‘龍淵’、‘泰阿’、‘工布’”，開創(chuàng)了我國用鐵制造刀劍兵器的先河。西漢時，鋼和鑄鐵的冶煉技術(shù)已大大提高，產(chǎn)量、質(zhì)量和應(yīng)用得到空前的發(fā)展。后經(jīng)近一千五六百年，直到明朝(1368～1661年)，特別是中間又經(jīng)過所謂盛唐時代的大發(fā)展后，鋼鐵生產(chǎn)一直在世界遙遙領(lǐng)先。2.1.2

金屬科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展金屬學(xué)是關(guān)于金屬材料—金屬和合金的科學(xué)，它的中心內(nèi)容是研究金屬和合金的成分、結(jié)構(gòu)、組織和性能以及它們之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律。據(jù)《中國冶金簡史》考證，早在商朝即開始采用退火方法來處理金箔，到戰(zhàn)國時，已多方面應(yīng)用各種熱處理方法于鋼鐵了。鑄鐵的柔化熱處理技術(shù)比之西方要早約二千三百年。所有這些，生動地說明了我國古代勞動人民和科學(xué)工作者的巨大成就和智慧。19世紀(jì)以后，進而將顯微鏡應(yīng)用到金屬材料的檢驗和研究上，觀察金屬內(nèi)部的組織狀態(tài)，并結(jié)合物理化學(xué)分析法逐步揭開了金屬材料內(nèi)部的一些秘密，開始邁向了現(xiàn)代金屬科學(xué)的新領(lǐng)域，形成了金相學(xué)。進入20世紀(jì)，特別是20年代發(fā)明了X射線衍射技術(shù)，應(yīng)用于金屬材料結(jié)構(gòu)的研究；50年代后電子顯微鏡在材料研究中獲得應(yīng)用；20世紀(jì)后半葉發(fā)展和應(yīng)用了場離子顯微鏡，以及電子探針，掃描電子顯微鏡，掃描隧道顯微鏡等新設(shè)備和技術(shù)，空前擴大了有關(guān)金屬材料方面的研究領(lǐng)域，使金屬材料由宏觀到微觀直至原子組態(tài)方面，甚至電子結(jié)構(gòu)方面的秘密及其和性能方面的關(guān)系和變化規(guī)律幾乎都初步直接揭示出來，其中不少已達到定量的程度，金屬學(xué)理論更趨于完善，成為真正意義上的材料科學(xué)。我國改革開放以來，無論是在教育或科學(xué)研究方面，也無論是在理論或?qū)嶋H應(yīng)用方