היסטוריה קצרה של התפתחות חומרי מתכת

1. העבר, ההווה והעתיד של חומרי מתכת
שלב 1 - ייצור פלדה גולמית
4300 לפני הספירה: מלאכות זהב טבעי, נחושת וחזוף
2800 לפני הספירה: התכת ברזל
2000 לפני הספירה: שגשוג של מוצרי ברונזה, פעמונים וכלי נשק (שאנג, ג'ואו, אביב וסתיו ומדינות לוחמות)
שושלת האן המזרחית: חישול פלדה חוזר → תהליך טיפול בחום דפורמציה פרימיטיבי ביותר.
טכנולוגיית מרווה: "אמבטיה עם טביעה של חמש חיות, מרווה עם שומן של חמש חיות" (מרווה מים מודרנית, השמת שמן).
המלך פוצ'אי של וו והמלך גוג'יאן מיואה
לוחות ברונזה דן וזון משושלות שאנג וג'ואו
פנים אנושיות ברונזה שושלת שאנג עם עיניים אורכיות
עותק של פעמון הצלצול מקבר ליגודון מס' 2
בשנת 1981 נחשפה סט פעמוני צלצול מתקופת המדינות הלוחמות מקבר מס' 2 בלייגודון, מחוז הוביי, עם קצב מדויק וגוון יפהפה. המספר והקנה מידה שלו הם שניים רק לפעמוני צלצול Zeng Hou Yi, עם טווח כולל של יותר מ-5 אוקטבות. ניתן לכוון אותו בעצמו, וניתן לנגן מוזיקה שונה המורכבת מסולמות חמישה גוונים, שישה גוונים ושבעה גוונים. נדרשים חמישה אנשים להופיע יחד, וכל הקולות יוצאים בקול אחד, סימפוני וחופף, שראוי להיות צליל שאין שני לו של מוזיקה עתיקה.

תְמוּנָה

השלב השני - יסוד הדיסציפלינה של חומרים מתכתיים

הניחו את היסודות של דיסציפלינות חומרי מתכת: מטאלוגרפיה, מטאלוגרפיה, טרנספורמציה של פאזה וסגסוגת פלדה וכו'.

1803: דלטון מציע את תורת האטום, אבוגדרו מציע את התאוריה המולקולרית.
1830: הסל הציע 32 סוגי גבישים והפיץ את מדד הגבישים.
1891: מדענים מרוסיה, גרמניה, בריטניה ומדינות אחרות ביססו באופן עצמאי את תיאוריית מבנה הסריג.
1864: סורבי מכין את התצלום המטאלוגרפי הראשון, 9 פעמים, אך משמעותי.
1827: קרסטן בודד את Fe3C מפלדה, ובשנת 1888 הוכיח הבל שזהו Fe3C.
1861: אוצ'רנוב הציע את הרעיון של טמפרטורת הטרנספורמציה הקריטית של פלדה.
בסוף המאה ה-19: מחקר מרטנסיט הפך לאופנתי, גיבס השיג את חוק הפאזה, רוברט-אוסטן גילה את מאפייני הפתרון המוצק של אוסטניט, ורוזבום קבע את דיאגרמת שיווי המשקל של מערכת Fe-Fe3C.

תְמוּנָה

השלב השלישי - ההתפתחות הגדולה של תורת המיקרו-ארגון

דיאגרמת פאזות סגסוגת, המצאה ויישום של צילום רנטגן, ביסוס תיאוריית הנקע.

1912: גילו קרני רנטגן, אישרו ש-(δ)-Fe הוא bcc, -Fe הוא fcc; חוק פתרון מוצק.
1931: גילוי ההתרחבות וההתכווצות של אזור האלמנטים המתגזרים.
1934: פולני הרוסי, אורואן ההונגרי וטיילור הבריטית הציעו באופן עצמאי את תיאוריית הנקע כדי להסביר את העיוות הפלסטי של פלדה; הקריסטלוגרפיה של טרנספורמציה מרטנסיטית.
1938: מיקרוסקופ האלקטרונים הומצא.
1910: פלדת אל חלד הומצאה, ופלדת אל חלד F הומצאה בשנת 1912.
1990: המציא את בודק הקשיות של ברינל, גריפית' הציע שריכוז מתח יוביל למיקרו-סדקים.

תְמוּנָה

השלב הרביעי - לימוד מעמיק של תורת המיקרו

מחקר מעמיק על תיאוריה מיקרוסקופית: מחקר על דיפוזיה אטומית ומהותה; מדידת עקומת TTT מפלדה; תיאוריית הטרנספורמציה של בייניט ומרטנזיט יצרה תיאוריה שלמה יחסית.
ביסוס תיאוריית הנקע: המצאת מיקרוסקופ האלקטרונים גרמה למשקעים של השלב השני בפלדה, החלקת נקע, וגילוי של נקעים לא שלמים, תקלות הערמה, נקעים של קירות, תשתיות, מסות אוויר של Cottrell וכו', ופיתחה את תיאוריית הנקע. תיאוריה שגויה.
כל הזמן מומצאים מכשירים מדעיים חדשים: בדיקה אלקטרונית, מיקרוסקופ פליטת יוני שדה ומיקרוסקופ פליטת אלקטרונים שדה, מיקרוסקופ אלקטרונים שידור סורק (STEM), מיקרוסקופ מנהור סורק (STM), מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) וכו'.

תְמוּנָה

2. חומרי מתכת מודרניים

מחקר ופיתוח של חומרים מבניים מתקדמים הם נושא נצחי.
פיתחו חומרים מבניים בעלי ביצועים גבוהים: מהמרדף אחר חוזק גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני שחיקה ועד להפחתת משקל מכני, שיפור ביצועים והארכת חיי השירות. מגוון רחב של יישומים מחומרים מרוכבים ועד לחומרים מבניים, כגון אלומיניום מרוכבים מטריקס. פיתוח פלדות אוסטניטיות בטמפרטורה נמוכה עבור יישומים שונים.
טרנספורמציה של חומרים מבניים מסורתיים: הדרך החשובה היא לקבל מבנים עדינים ואחידים יותר, חומרים טהורים יותר, והתמקדות באומנות. "חומר הפלדה מהדור החדש" חזק פי שניים מחומרי הפלדה הקיימים. תקרית ה-"9.11" בארצות הברית חשפה את העמידות הירודה לריכוך בטמפרטורה גבוהה של מבני פלדה המשמשים בבנייה, מה שקידם את הפיתוח של פלדה עמידה לאש בגלגול חם ועמיד בפני מזג אוויר.
פתח פלדות אחרות בעלות ביצועים גבוהים: השתמש בתהליכים חדשים ובשיטות חדשות כדי לייצר פלדות כלים חדשות עם קשיחות טובה ועמידות בפני שחיקה. סגסוגת חסכונית היא כיוון פיתוח של פלדה מהירה, ולפיתוח טכנולוגיות שונות לטיפול במשטח לחומרי כלים יש משמעות רבה בפיתוח חומרי כלים חדשים.
טכנולוגיית הכנה מתקדמת: כגון טכנולוגיית עיבוד מתכת מוצק למחצה, בשלות ויישום טכנולוגיית סגסוגת אלומיניום-מגנזיום, הגבול הטכני של פלדה קיימת וחיזוק והקשחת פלדה הם כיווני המאמצים.

תְמוּנָה

3. פיתוח בר קיימא ומגמה של חומרי מתכת

בשנת 2004 הוצע "תעשיית החומרים בחברת מיחזור - פיתוח בר קיימא של תעשיית החומרים".

מטלורגיה מיקרוביאלית: ייצור ללא פסולת, שכבר מיוצר באופן תעשייתי במדינות רבות. נחושת המיוצרת על ידי מטלורגיה מיקרוביאלית בארצות הברית מהווה 10 אחוז מהתפוקה הכוללת, והשפריץ ים מעובדים באופן מלאכותי ביפן כדי להפיק ונדיום. מי ים הם מינרל נוזלי, וכמות יסודות הסגסוג הכלולים במי הים עולה על 10 מיליארד טון. כעת ניתן להפיק מגנזיום, אורניום ויסודות נוספים ממי ים. כ-20 אחוז מהמגנזיום המיוצר בעולם מגיע ממי ים, וארצות הברית כבר עונה על 80 אחוז מהביקוש למגנזיום מסוג זה.
תעשיית מיחזור חומרים: להסתגל לצרכי הזמן, לשלב מודעות אקולוגית וסביבתית בתכנון מוצרים ותהליכי ייצור, לשפר את קצב ניצול החומרים ולהפחית את העומס הסביבתי בתהליך הייצור והשימוש. לפתח תעשייה שמהווה מעגל סגולה של "משאבים → חומרים → סביבה".
הכיוון המרכזי של פיתוח סגסוגות הוא סגסוגות נמוכות וסגסוגות לשימוש כללי, היוצרות מערכת חומרים ירוקים/אקולוגיים, התורמת למיחזור ולמחזור חומרים. יש צורך לחקור ולפתח חומרים ירוקים וחומרים ידידותיים לסביבה הקשורים קשר הדוק לחייהם של אנשים.

תְמוּנָה

4. סגסוגת טיטניום נקראת "מתכת חלל" ו"פלדה עתידית"

סגסוגות טיטניום יכולות לשמור על חוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, ועמידותן בפני קורוזיה היא ללא תחרות. טיטניום קיים בשפע בכדור הארץ (0.6 אחוזים). עם זאת, תהליך החילוץ מסובך, העלות גבוהה והיישום הרחב מוגבל. סגסוגת טיטניום תהיה אחד מחומרי המתכת שיתרמו תרומה חשובה לאנושות במאה ה-21.

5. מתכות לא ברזליות

משאבים מתמודדים עם בעיה חמורה של פיתוח לא בר קיימא, בעיקר בשל פגיעה חמורה במשאבים, שיעור ניצול נמוך ובזבוז מדאיג. טכנולוגיית עיבוד אינטנסיבית היא לאחור, מוצרים מתקדמים חסרים; ההישגים החדשניים מועטים, ומידת התיעוש של הישגי ההייטק אינה גבוהה. הפיתוח של חומרים מבניים בעלי ביצועים גבוהים ושיטות התהליך המתקדמות שלהם הוא הזרם המרכזי, כגון: סגסוגות אלומיניום-ליתיום, סגסוגות אלומיניום התמצקות מהירה ועוד. חומרים פונקציונליים ממתכת לא ברזלית הם גם כיוון הפיתוח.