(1.2)-02工程材料学绪论工程材料学

工程材料学—金属材料的过去、现在与将来CahnRW,PhysicalMetallurgy，4rdEd,ElsevierScienceBV,Cahn-剑桥教授，英皇家学会会士(FRS)，中科院外藉院士...叙述了材料发展。指出材料发展史简单地可分为四个阶段...原始金属材料生产金属材料学科基础微观理论大发展微观理论深入研究第一阶段—原始金属材料生产公元前4300年：自然的金、铜及锻打等工艺公元前2800年：铁的熔炼公元前2000年：青铜器兴盛，编钟与武器（商、周、春秋战国）1965年冬天出土于湖北省荆州。因剑身上被镀上了一层含铬的金属而千年不锈。经无损科学检测，其主要合金成分为铜、锡、铅、铁、硫等。花纹处含硫高，因硫化铜可防锈。先人虽能制作精美的器件，但长期笼罩着神秘的色彩，并未认识其内在规律性第二阶段—金属材料科学的基础，19世纪铁构成了金属材料学科的基础：1778第一座铁桥，1818铁船下水，1825铁路奠定金属材料学科基础：金属学、金相学、相变和合金钢等。1803年：道尔顿提出原子学说，阿伏加德罗提出分子论。1830年：Hessel提出32种晶体类型，普及晶体指数。1891年：俄、德、英等国科学家分别独立地创立了点阵结构理论。1864年：Sorby制备第一张金相照片，9倍，但意义重大。1827年：Karsten从钢中分离出了Fe3C，1888年Abel证明了这是Fe3C。1861年：俄契尔诺夫提出了钢的临界转变温度的概念。19世纪末：马氏体研究已成为时髦，Gibbs得到了相律，Robert-Austen发现了奥氏体固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡图。第二阶段—金属材料科学的基础，19世纪这一阶段对金属学发展有突出贡献的人英国金属学家Austen，奥氏体(Austenite)美国科学家Bain，贝氏体(Bainite)英国科学家Sorby，索氏体(Sorbite)德国金属学家Marten，马氏体(Martensite)法国化学家Troost，托氏体(Troostite)德国学者Ledebur，莱氏体(Ledeburite)这一阶段新合金钢法拉第是合金钢的先驱。1820年Berthier成功研制了铁-铬合金。1857年Jacob发明了钨钢。Mushet发展了钨钢，为高速钢开发应用打下了基础。RobertHadfield是现代合金钢的奠基人。1871年研究成功了锰钢和硅钢。Cahn-剑桥教授，英皇家学会会士(FRS)，中科院外藉院士Therewerethreepreconditionsoftheemergenceofmaterialsscience，constitutingatripod：1）atomsandcrystals2）phaseequilibria3）microstructureThesethreeformsofunderstandingarethecrucialprecursorsofourmodernunderstandingandcontrolofmaterials.1864年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。标志着材料研究从经验走向科学。VoelklingenIronworksfoundedin1883,closurein1986.In1994itwasawardedthestatusofaWorldCulturalHeritagebyUNESCO.第三阶段—微观理论大发展，1900-1940合金相图，X射线发明及应用，位错理论的建立。1912年：发现X射线，证实α（δ）-Fe是BCC，γ-Fe是FCC；固溶体规律。1931年：发现合金元素的扩大和缩小γ区作用。1934年：俄国Polanyi、匈牙利Orowan和英国Taylor各自独立地提出了位错理论，解释钢的塑性变形；马氏体转变的晶体学。1938年：发明了电子显微镜。1910年：发明奥氏体不锈钢，1912年发明了铁素体不锈钢等。1990年：发明了布氏硬度计，Griffith提出了应力集中会导致产生微裂纹。1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识从最初的假想到科学的现实。1934年位错理论的提出，解决了晶体理论计算强度与实验测得的实际强度之间存在的巨大差别的矛盾，对于人们认识材料的力学性能及设计高强度材料具有划时代的意义。金属钛中的位错第四阶段—微观理论深入研究：1940年-微观理论的深入研究：原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定；贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。位错理论建立：电子显微镜的发明→看到了钢中第二相沉淀析出，位错滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、Cottrell气团等现象→位错理论。新科学仪器不断发明：电子探针，场离子发射显微镜和场电子发射显微镜、扫描透射电镜（STEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等。1938年发明了电子显微镜，把人们带到了微观世界的更深层次（10-7m）透射电子显微镜

扫描电子显微镜

光镜下电镜下现代金属材料随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要求越来越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。材料的发展趋势与热点1．继续重视高性能的新型金属材料具有高强度、高韧性、耐高、低温、抗腐蚀等性能。主要依靠采用新技术、新工艺改造传统金属材料，如合金成分的合理设计，微量元素的加入与控制，特殊组织结构的控制等。2．非晶（亚稳态）材料日益受到重视非晶态或亚稳态合金材料、金属纳米材料。3．特殊条件下应用的金属材料低温、高压、高温、外场