(1.2)-02工程材料學(xué)緒論工程材料學(xué)

工程材料學(xué)—金屬材料的過(guò)去、現(xiàn)在與將來(lái)CahnRW,PhysicalMetallurgy，4rdEd,ElsevierScienceBV,Cahn-劍橋教授，英皇家學(xué)會(huì)會(huì)士(FRS)，中科院外藉院士...敘述了材料發(fā)展。指出材料發(fā)展史簡(jiǎn)單地可分為四個(gè)階段...原始金屬材料生產(chǎn)金屬材料學(xué)科基礎(chǔ)微觀理論大發(fā)展微觀理論深入研究第一階段—原始金屬材料生產(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(guó)）1965年冬天出土于湖北省荊州。因劍身上被鍍上了一層含鉻的金屬而千年不銹。經(jīng)無(wú)損科學(xué)檢測(cè)，其主要合金成分為銅、錫、鉛、鐵、硫等?；y處含硫高，因硫化銅可防銹。先人雖能制作精美的器件，但長(zhǎng)期籠罩著神秘的色彩，并未認(rèn)識(shí)其內(nèi)在規(guī)律性第二階段—金屬材料科學(xué)的基礎(chǔ)，19世紀(jì)鐵構(gòu)成了金屬材料學(xué)科的基礎(chǔ)：1778第一座鐵橋，1818鐵船下水，1825鐵路奠定金屬材料學(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(shuō)，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(guó)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。第二階段—金屬材料科學(xué)的基礎(chǔ)，19世紀(jì)這一階段對(duì)金屬學(xué)發(fā)展有突出貢獻(xiàn)的人英國(guó)金屬學(xué)家Austen，奧氏體(Austenite)美國(guó)科學(xué)家Bain，貝氏體(Bainite)英國(guó)科學(xué)家Sorby，索氏體(Sorbite)德國(guó)金屬學(xué)家Marten，馬氏體(Martensite)法國(guó)化學(xué)家Troost，托氏體(Troostite)德國(guó)學(xué)者Ledebur，萊氏體(Ledeburite)這一階段新合金鋼法拉第是合金鋼的先驅(qū)。1820年Berthier成功研制了鐵-鉻合金。1857年Jacob發(fā)明了鎢鋼。Mushet發(fā)展了鎢鋼，為高速鋼開發(fā)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。RobertHadfield是現(xiàn)代合金鋼的奠基人。1871年研究成功了錳鋼和硅鋼。Cahn-劍橋教授，英皇家學(xué)會(huì)會(huì)士(FRS)，中科院外藉院士Therewerethreepreconditionsoftheemergenceofmaterialsscience，constitutingatripod：1）atomsandcrystals2）phaseequilibria3）microstructureThesethreeformsofunderstandingarethecrucialprecursorsofourmodernunderstandingandcontrolofmaterials.1864年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來(lái)。標(biāo)志著材料研究從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)。VoelklingenIronworksfoundedin1883,closurein1986.In1994itwasawardedthestatusofaWorldCulturalHeritagebyUNESCO.第三階段—微觀理論大發(fā)展，1900-1940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(guó)Polanyi、匈牙利Orowan和英國(guó)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)明奧氏體不銹鋼，1912年發(fā)明了鐵素體不銹鋼等。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。1912年發(fā)現(xiàn)了X-射線對(duì)晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對(duì)固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。1934年位錯(cuò)理論的提出，解決了晶體理論計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的巨大差別的矛盾，對(duì)于人們認(rèn)識(shí)材料的力學(xué)性能及設(shè)計(jì)高強(qiáng)度材料具有劃時(shí)代的意義。金屬鈦中的位錯(cuò)第四階段—微觀理論深入研究：1940年-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(cè)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→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→位錯(cuò)理論。新科學(xué)儀器不斷發(fā)明：電子探針，場(chǎng)離子發(fā)射顯微鏡和場(chǎng)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。1938年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（10-7m）透射電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡

光鏡下電鏡下現(xiàn)代金屬材料隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料的要求越來(lái)越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。材料的發(fā)展趨勢(shì)與熱點(diǎn)1．繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料具有高強(qiáng)度、高韌性、耐高、低溫、抗腐蝕等性能。主要依靠采用新技術(shù)、新工藝改造傳統(tǒng)金屬材料，如合金成分的合理設(shè)計(jì)，微量元素的加入與控制，特殊組織結(jié)構(gòu)的控制等。2．非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料、金屬納米材料。3．特殊條件下應(yīng)用的金屬材料低溫、高壓、高溫、外場(chǎng)