冶金学——发展、成就与展望.docx

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1、冶金学进展、成就与展望2023-2-5冶金学是争论从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法制成具有肯定性能的金属材料的学科。人类自从进入青铜时代以来，同金属材料及其制品的关系日益亲热。在现代社会中，人们的衣食住行都离不开金属材料，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用金属材料。可以说，没有金属材料便没有人类的物质文明。从历史上看，16 世纪以前的冶金业，根本上是阅历式的操作实践，技术水平较低，生产规模不大。17 世纪以来冶金生产不断取得进展。在此根底上，由于近代自然科学理论和试验方法的产生和进展，渐渐形成冶金学。冶金学以争论金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为起点，进展到对

2、金属的成分、组织构造、性能和有关根底理论的争论。19 世纪到 20 世纪中叶，冶金学、冶金生产和技术进展极其快速，成就很大。20 世纪下半叶以来，电子技术特别是集成电路和电子计算机的进展，对冶金产生深刻的影响：一是电子计算机的应用使自动化技术与冶金工艺的结合越来越严密；二是电子器件对材料性能提出了的要求，从而促使冶金学进展成为材料科学的一个主要组成局部。冶金生产进展概况冶金作为一门生产技术，起源格外古老。人类从使用石器、陶器进入到使用金属，是文明的一次飞跃。据冶金史初步争论，人类使用自然金属(主要是自然铜) 距今大约不下 8000 年。但自然铜资源稀有，要使用更多的铜必需从矿石中提取。据目前所

3、知，世界上最早炼铜的是美索不达米亚地区，时间大致在公元前 3836 世纪。最早的青铜是在苏米尔(Sumer)地区消灭的，大约在公元前30 世纪。在人类文明中，大量使用青铜的时代被称为“青铜时代”。使用铁器是人类文明的又一重大进步。最早炼铁的是在黑海南岸的山区，大约在公元前 14 世纪。到公元前 13 世纪，铁器的应用在埃及已占肯定的比重，一般认为这是人类文明进入铁器时代的开端。明显，在不同地区，铁的使用和生产进展水平有很大差异。在欧洲，公元前 11 世纪中欧就开头用铁，但向西欧传播则极其缓慢。直到公元前 55 年，随着罗马人的入侵，铁才传入不列颠。中世纪的一千多年内，冶金技术进展格外缓慢。例如

4、公元初期西欧已有熟铁制品；直至141 6 世纪，欧洲才进展为承受水力鼓风，加大、加高炼铁炉，生产出铸铁。15 世纪的欧洲，尽管熟铁器已经广泛使用，但铜和青铜仍是生产得最多的金属。16 世纪欧洲消灭资本主义的萌芽。首先是英王亨利八世 (15091547 在位) 把属于寺院的采矿和冶金企业拍卖给当时生的资本家。冶金企业转移到苦心经营、孜孜追求高额利润的资本家手中；资本家之间开放竞争，推动了生产技术的进展。另一方面，机器、造船等工业的进展又为冶金业开拓了市场和供给了技术装备。15 世纪以前，英国的冶金以及其他生产技术都落后于欧洲大陆。在1640 年以后的 250 年中，以高炉炼铁、炼钢为主的冶金生产

5、和技术的进展及变革主要发生在英国。尤其是从 17001890 年，一系列重要的技术制造制造使英国的炼铁、炼钢工业得到蓬勃进展。这些制造制造在炼铁方面有：公元 1709 年达比 (A.Darb y)用焦炭代替木炭炼铁成功，使冶金业摆脱了木炭资源(森林)的限制；1828 年尼尔森 (J.B.Neilson)承受热风使炼铁焦比降低，生产效率成倍提高。在炼钢方面有：1 740 年亨茨曼(B.Huntsman)首次承受坩埚炼钢法生产铸钢件；1856 年贝塞麦(H.Bes1semer)制造转炉炼钢法，开创了炼钢的纪元；1855 年西门子(K.W.Siemens)制造了蓄热室，1864 年马丁(P.Mart

6、in)利用该原理制造平炉炼钢法，从而扩大了炼钢的原料来源；1879 年托马斯(S.G.Thomas)和吉尔克里斯特(P. C.Gilchrist)进展出碱性转炉炼钢法，成功地解决了高磷生铁炼优质钢的问题。在轧钢方面有：1697 年汉伯里(J. Hanbury)用平辊轧制出熟铁板，供生产镀锡铁板之用；1783 年科特(H.Cor t)用孔型轧制生产熟铁棒，这种方法后来用于生产型材。这些制造制造使英国炼铁、炼钢工业在 1819 世纪走在世界最前面。19 世纪末英国在钢铁产量方面虽已被资源丰富的美国超过，但在质量方面仍居于领先地位。炼铜状况也是一样。铜资源 并不充裕的英国，在 19 世纪 60 年月

7、竟然成了世界上产铜最多的国家。英国冶金业之所以能从落后变为先进，主要应归功于最早消灭了适合当时生产力进展的资本主义体制。正如马克思、恩格斯在共产主义宣言中所指出的:“资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所制造的生产力，比过去一切时代制造的全部生产力还要多，还要大。”中国古代冶金比欧洲先进，尤其是把握铸铁技术比欧洲要早约 2023 年。大量中国古代铁器的鉴定结果说明，中国在汉代生产的有些铸铁件中的石墨呈球絮状，具有肯定的柔韧性，与近代可锻铸铁颇为相像。中国古代生产的铸铁和热处理技术已能适应制造农具的要求，从汉代起铁产量就超过了铜。正由于这样，铁的经营治理在汉代已经提到重要议事日程，盐铁论一书就是明

8、证。从那时直到清末，常常是官商和私商并存。中国冶金生产技术之所以长期停滞不前，与这种封建官商治理体制有关。就金属种类而言，中国在春秋战国之际(公元前 7 世纪)即已把握金、银、铜、铁、锡、铅、汞等七种常用金属。欧洲则直到罗马帝国末期(5 世纪)才全部把握上述金属。中国在 15 世纪已有金属锌，三百多年后，欧洲才有人取得用蒸馏法制锌的专利。炼锌技术传播到资本主义正在进展的欧洲后，便马上应用于黄铜制造业， 使价廉的黄铜逐步取代了一大局部价格较昂贵的青铜。此外，中国古代有优良的铸铁，因而无视钢铁的金属塑性加工，始终没有进展轧制生产。中国古代有色金属制作业也偏重铸造而无视塑性加工。一个突出的例子是铸钱

9、，直到清朝，铜币始终是铸造的，而在公元前 6 世纪的希腊就开头用模锻方法造币了。综观古代世界冶金业的进展，可以看出：金属制品，特别是青铜器和铁器， 对人类社会的生产力的进展起着巨大作用。冶金学的形成源远流长的冶金生产技术，直到 18 世纪末，才从近代自然科学中吸取养分， 渐渐发育成一门近代科学冶金学。16 世纪以前，效益显著的冶金操作大都凭个人阅历或者依靠师徒授受。由于缺乏书本记载，加上技术保密，有些技术甚至失传，中外历史都提到过这种事例。从开头冶铜到 16 世纪，人类从事冶金活动已经有 5000 多年，可是能够炼制的金 属总共只有七、八种。冶金技术的进展是何等缓慢！16 世纪中叶，欧洲最早的

10、两本冶金著作：意大利比林古乔的火法技艺和德国阿格里科拉的论冶金先 后问世。特别是后者较完整地记载了当时欧洲的冶金技术操作，起到承先启后的 作用，这两本书被公认是欧洲冶金文献中的先驱，影响深远。在中国，冶金专书的出版虽然比欧洲早得多，但很惋惜，宋代张潜着的浸铜要略早已散佚，明代傅浚着的铁冶志也未能传世。明末宋应星所著天工开物，初刊于 1637 年，这本书较具体地记载了中国当时的冶金技术。可是，从那时到清末将近三百年间，中国封建科举制度的桎梏使科学技术在学问界不受重视，天工开物这类书在当时就很少有人问津了。在欧洲，1618 世纪是自然科学播种萌芽的时代，欧洲学问界寻求真理的思想日益活泼。17 世纪

11、初，培根(F.Bacon)(15611617)明确指出，生疏事物要有正确的方法。数学进一步受到重视，并日益成为增进学问的重要工具，这对开拓自然科学很多领域起了重要作用。另一增进学问的重要工具是科学试验设备的制造和应用，复合显微镜就是詹森(Z.Jansen) 在这个时期制造的。胡克(R.Hooke) 于 1665 年用显微镜观看剃刀外表的锈点和划痕，列奥米尔(R.A.F.de Raumur)于 171317 16 年用它观看金属断口。化学试验手段的改进，也有利于觉察和制取一系列的金属元素。铸钢技术于 1740 年被突破后，对钢进展深入争论的条件初步具备了。这反映在两个方面：18 世纪下半叶，伯格

12、曼(T.Bergman)对钢进展认真分析，作出结论: “钢是铁与碳交互作用的产物。”人们对钢的实质才有较为正确的理解。碳的数量和形态是钢进展金属热处理的依据，要制出好钢，就必需在“碳”上作文章。从今，为钢冶金指明白方向。氧化及其反面复原，是冶金的化学根底。假设对这两者缺乏生疏，建立冶金学科就无从谈起。以前人们认为氧化和燃烧是“燃素”的转移，直到 1786 年，“燃素”学说被拉瓦锡等人彻底推翻，人们对氧化和燃烧现象才有了正确的生疏。由此可见，冶金学的序幕，在 18 世纪末才真正揭开。冶金学的序幕揭开的前夕，人类能冶炼的金属种类还很少，冶金的技术手段也很有限。18 世纪中叶，冶金产品仍只有钢铁和铜

13、、铅、锡、金、银、铂、锌、汞等；锑、铋、钴、镍等虽已被识别，但生产甚少，应用不多。冶金手段根本上还只是氧化法(如灰吹法)和碳复原法，远不能满足制取金属的需要。19 世纪末， 电能登上冶金历史舞台，熔盐电解法和水溶液电解法消灭了，能产生高温顺掌握冶炼气氛的电炉制造出来了。从今冶金技术大步前进，觉察并且生产出了一系列的金属和的合金。冶金学受到其他学科的培育而成长，冶金学也为其他学科供给了的金属材料和的争论课题。金属元素和金属化合物的争论促进了化学的进展，金属物理性质(如导电性、磁性)的争论成了分散态物理的重要内容。冶金学的成就冶金学不断地吸取自然科学，特别是物理学、化学、力学等方面的成就， 指导着

14、冶金生产技术向广度和深度进展。另一方面，冶金生产又以丰富的实践阅历，充实冶金学的内容，进展成为两大领域：即 (1)提取冶金学(extractive metallu rgy)和物理冶金学(physicalmetallurgy)。提取冶金学 从矿石提取金属(包括金属化合物)的生产过程称为提取冶金学。由于这些生产过程伴有化学反响，又称为化学冶金学(chemical metallurgy)。它争论分析火法冶炼、湿法提取或电化学沉积等各种过程及方法的原理、流程、工艺及设备，故又称为过程冶金学(process metallurgy)。后一名词依据国内冶金工作者的习惯简称冶金学。也就是说，狭义的冶金学指的是

15、提取冶金学，而广义的冶金学则包括提取冶金学及物理冶金学。提取冶金学的任务是争论各种冶炼及提取方法，提高生产效率，节约能源， 改进产品质量，降低本钱，扩大品种并增加产量。钢铁冶炼 主要成就反映在以下诸方面。1828 年英国人尼尔森依据热工原理对高炉承受预热空气鼓风，虽然当时所用的预热温度不过 350，可是获得显著降低焦比并成倍提高炼铁效率的良好效果，炼铁效率提高后，坩埚炼钢和炒钢法这些 旧的炼钢方法就很不适应了。1850 年英国生铁产量 250 万吨，钢产量却只有 6 万吨。明显，炼钢力量大大落后于炼铁。换句话说，只有很小一局部生铁能被炼制 成钢。1856 年贝塞麦制造转炉炼钢法，向转炉中的铁水

16、吹空气，使铁水中硅、锰、碳等元素含量快速降低，同时产生大量的热能，使液态生铁炼成液态的钢。转炉 炼钢是冶金史上最出色的成就之一，是制造性地将物理化学的热力学和动力学应 用于冶金生产工艺的典范。从今开头了炼钢的纪元。西门子和马丁制造的平炉 炼钢法在 1864 年投产。这种方法能用废钢作原料。平炉承受蓄热室使炉温显著提高，在冶金炉热工方面是继高炉承受热风之后又一项重大突破。为了扩大炼钢原 料来源，托马斯和吉尔克里斯特依据磷在渣和钢中平衡安排这一物理化学原理， 承受碱性炉衬、碱性造渣，并依据具体状况进展屡次扒渣以促进去磷，成功地解 决了用高磷生铁冶炼优质钢的问题。上述问题在 19 世纪下半叶次第解决

17、后，炼钢生产如同脱缰之马，驰骋向前。1850 年欧洲钢的总产量约 6.6 万吨，1900 年仅低碳钢就达 2800 万吨，1955 年全世界钢产量为 2.6 亿吨。以 1850 年的钢产量为基数，五十年增长 400 多倍，一百年增长 4000 倍，这样大的增长速度是以往不敢想像的。20 世纪下半叶以来，钢铁冶金又有的进展。炼铁高炉承受温度高达 1200的热风和 2.5 大气压的高压炉顶操作，使炼铁生产效率上升到一个的水平，同时也促进了耐火材料和焦炭的生产。高炉体积也加大了，日产铁达万吨以上的高炉并不罕见。炼钢方面，最主要的是进展出氧气顶吹转炉炼钢(后又进展出底吹和复合吹炼)和连续铸钢技术。目前

18、，氧气转炉已取代平炉成为最主要的炼钢设备。1 979 年世界钢产量达 7 亿多吨，其中有一半以上是用氧气转炉生产的。其他如真空冶金、炉外精炼、喷射冶金等技术对提高钢的质量都起了重要作用。此外，轧制则向高速化和连续化进展，带钢冷轧速度可高达每分钟 2500 米。连铸和连轧工艺的承受提高了钢的收得率，节约了能源。就生产规模而言， 1981 年年产钢超过千万吨的钢厂已有 12 个之多。有色金属冶炼 科学技术的进展向冶金业不断提诞生产型材料的要求，冶金业在满足这些要求中，推动了科学技术的进展，自身也大步前进。有色金属冶金业就是这样在和整个现代科学技术息息相关的状况下建立了一系列的金属工业。例如：20

19、世纪 50 年月以前，硅、锗的冶金不被重视，只有半导体争论兴起后， 才快速进展起来，并已形成一个的冶金行业半导体冶金。铝和航空技术的关系，铀和原子能技术的关系等等，也莫不如此。有色金属种类繁多，物理和化学性质各不一样，它们的生产工艺在富集、分别、制取和提纯等过程中技术比较简单。而且有色金属矿大都品位不高，往往是多种矿物共生，在采矿、选矿、资源综合利用和环境保护方面要解决大量简单的问题。在冶金学和生产实践亲热结合的条件下，有色金属冶金业取得格外丰富的技术成果。其中较重要的有：重有色金属火法冶金的进展 有色金属硫化矿简洁选成精矿，传统的冶炼方法是火法冶金，虽然这种方法有产生大量废气并放出有毒气体的

20、缺点，但经过技术上的不断改善，能够大量削减废气，削减有害气体的逸出，并利用硫燃烧所发生的热量，使火法冶金成为有效地利用能量的冶炼方法，并使设备的生产力量不断提高。现代火法冶金具有以下的特点：利用工业氧气以代替空气，强化熔炼过程；使用力量大的冶炼设备；尽最大可能利用硫化精矿的燃料价值，使连续操作改为连续操作；在焙烧和复原冶炼过程中，可以综合回收各种有价金属，如在镍冶炼过程中，可回收镍、钴、铜、金、银、铂、钯、铑、钌、铱、硒、碲、铁、硫等金属。虽然近代电冶金、湿法冶金有了很大的进展，但火法冶金仍旧是处理重有色金属硫化矿的主要方法。熔盐电解法炼制轻金属 熔盐电解法是用电解复原的方法。早在 19 世纪

21、初， 英国人戴维(H.Davy)已用此法制得钾、钠、锂等金属。1854 年法国人德维尔(S.C. Deville)用钠复原法制铝，生产本钱很高，铝与银同价，因而不能推广应用。1886 年美国人霍尔(C.M.Hall) 和法国人埃鲁(P. L.T.Hroult) 各自承受熔盐电解法炼铝成功。这一成就与拜耳法处理铝矾土制氧化铝的方法相结合，使铝冶金真正走上工业化生产的道路，使铝进展成为仅次于钢铁的“其次金属”，并且开拓了航空技术的纪元。熔盐电解法在有色金属冶金中占有重要地位。除铝外，还用于镁、铍、锂、钠和铀的生产。湿法冶金 这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，

22、然后用水溶液电解等各种方法制取金属。现在世界上有 75 的锌和镉是承受焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大局部代替了过去的火法炼锌。其他难于分别的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都承受湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等方法进展分别，取得显著的效果。金属热复原法 此法是用硅、钙、镁、铝、钠等化学性质活泼的金属复原其他金属的化合物。如用镁、钙复原四氯化钛、四氯化锆及四氟化铀，分别可得到钛、锆、铀等。金属热复原法在难熔金属冶金中占有重要的地位。在铁合金生产中也用得较多，如用铝硅热法制造钼铁合金等。氢复原法制取高纯金属 这种方法用来制备高纯或超纯金属最为重要，由于金属的氯化物(如四氯化

23、硅、四氯化锗等)可用精馏法提纯，然后用氢复原法复原金属氯化物，可制备高纯金属。这种超纯材料对电子工业的高速进展，起了重要的作用。钨、铼冶金也承受这种方法。20 世纪中叶以来，一些特种冶炼工艺相继问世，对材料的进展起到极大的促进作用，其中最突出的是真空冶金技术。高频感应炉是 20 世纪 20 年月以后出现的，大约过了 20 年，消灭了真空感应炉，随着又消灭真空自耗炉和真空电子束熔炼炉。这些装置对冶金产品质量的提高起了重要作用。更重要的是，假设没有这些技术装备，化学性质活泼的金属如钛、锆、铀等是难以制备的，而熔点很高的金属如铌、钼之类则只能用粉末冶金方法生产，而且这些金属的脆性问题也难以解决。电渣

24、重熔技术是 20 世纪中叶消灭的。这种工艺是苏联从电渣焊接进展起来的，对去除杂质格外有效，已大量为制备特别要求的合金材料所承受。冶金过程物理化学的争论 是提取冶金学的根底。冶金过程热力学说明各种冶金反响的原理，明确反响进展的方向，供给获得反响产物最大收得率的途径。 冶金过程动力学探讨伴有物质传递、能量传递及动量传递等现象下反响的速度及 机理、明确掌握反响速度的环节，从而提出提高反响强度、缩短反响时间的措施。冶金过程物理化学在进展冶金技术、探究流程、改进旧有冶金工艺及促进冶 金工业的进展起到了重要作用。氩氧混合吹炼法精炼低碳高铬不锈耐酸钢、铁水 炉外脱硫、闪速熔炼、喷射冶金等技术，都是应用冶金过

25、程物理化学的理论改进 现有生产工艺及开创技术的例证。冶金过程物理化学的争论从 20 世纪 20 年月中期以来格外活泼，以美国人奇普曼(J.Chipman)及德国人申克(H.Schenck)为代表， 进展和运用了活度的概念，测定了相当多的高温热力学数据，相应地进展了一套 试验争论方法，解决冶炼过程中的一些问题。但由于冶炼工艺比较简单，一般都 是多相反响，在很多状况下，试验成果和生产实践还存在肯定距离，而且由于设 备简单和投资巨大等因素的影响，冶金生产工艺的变革并非易事，所以冶金过程 物理化学争论的成果不象物理冶金那样简洁转化为生产力和产生经济效益。但是 毫无疑义，冶金过程物理化学的争论对冶金技术

26、的进展，流程的开发，将产 生日益重要的影响。物理冶金学 争论通过成型加工，制备有肯定性能的金属或合金材料的学科称之为物理冶金学，或称金属学。金属(包括合金)的性能(物理性能及力学性能)不仅与其化学成分有关，而且被成型加工或金属热处理过程产生的组织构造所打算。成型加工包括金属铸造、粉末冶金(制粉、压制成型及烧结)及金属塑性加工(压、拔、轧、锻)。争论金属的塑性变形理论、塑性加工对金属力学性能的影响以及金属在使用过程中的力学行为，则称之为力学冶金学(mechanical metallurgy)。明显， 力学冶金是物理冶金学的一个组成局部。19 世纪中叶，在钢生产开头大进展的时候，为了获得钢的热处理

27、和有关使用方面的学问，1863 年索比(H.C.Sorby)用显微镜对钢的组织进展系统的观看和争论， 创立了金相学。金相学使冶金学向前迈开了极其重要的一步。只有金相学的消灭， 才有可能争论金属的显微组织及其在各种条件下的变化，物理冶金的争论方向 争论金属及其合金的组成、组织构造和性能之间的内在联系也就更加明确起来。为了把握各种合金相(或组织构造)的生成条件，对相图的需求日益迫切。1900 年德国人巴基乌斯-洛兹本(H.W.Bakhius-Roozeboom)在前人工作根底上运用吉布斯(J.W. Gibbs)相律建立铁-碳相图(即铁碳平衡图)，这一重大争论成果，是物理冶金进展史上的重要里程碑。此

28、后，在各种相图工作的指引下，争论进展合金尤其是合金钢 的工作开展起来了。19 世纪下半叶主要争论了含钨的高速工具钢和高锰耐磨钢。用途较广的镍铬钢系列则是第一次世界大战前夕英国布雷斯利(Breasley)等人争论成的。在 1860 年各国实际应用的各种合金和合金钢的品种共约 40 种左右。1890年后渐渐增加，到 20 世纪 60 年月正式列入各国工业产品名目的合金及钢的品种已不下 4000 种。从冶金角度看，可以认为 20 世纪进入了合金时代，进入人类按使用要求创制性能合格的金属材料的时代。20 世纪以来，金属学取得的一系列重大成就，为推动冶金生产和技术的进展做出了奉献。其中影响较大的是：C

29、曲线 美国人贝茵(E. C.Bain)等争论奥氏体在不同温度下的恒温转变特征及其产物，制造了 C 曲线，从而说明白钢的一般热处理原理(见过冷奥氏体转变图)。晶拉取向 争论金属冷加工变形过程和退火后的组织构造变化，觉察取向构造对硅钢片性能有显著影响，从而找到了生产高性能硅钢片的方法。金属单晶制备 把握单晶和双晶等制备方法，为晶体争论和半导体晶体管生产供给了技术手段(见晶体培育)。脱溶 法国人纪尼埃(A. Guinier)和英国人普雷斯顿(G.D.Preston)在 30 年月晚期各自应用 X 射线衍射法争论高强度铝合金的时效硬化机理，指出铝铜合金中的铜原子处于脱溶状态时硬化效应最大。这项争论结果

30、启发人们对合金中少量元素的作用获得的理解。用电子显微镜争论金属 1932 年制造电子显微镜，经过改进于 1939 年制成商品，后来连续改进，其区分力量不断提高，已成为争论微观构造的有力工具。近年来电子显微镜已能直接观看金属中的面缺陷、位错和点缺陷等。应用电子计算机处理图象，进一步提高电子显微镜的区分力量，已能直接看到金属晶体中单个原子的清楚图象。这是 20 世纪科技中的出色成就之一(见电子显微学)。位错理论 是 1934 年由英国人泰勒(G.I.Taylor)、荷兰人波拉尼(M.Polanyi)和匈牙利人奥罗万(E.Orowan)分别提出的。1956 年英国人赫希(Hirsch)用金属薄膜在电

31、子显微镜下进展观看，证明白位错的存在。以后一些学者又间续验证了理论上对金属中位错生成、增殖和运动规律的推想。这对说明金属形变、强度和断裂机制有重要意义(见晶体缺陷)。钢中马氏体相变 此争论加深了对马氏体中碳原子固溶强化以及对马氏体中位错和孪晶等作用机制的了解，有效地指导了高强度、高韧性钢的设计和进展。形变热处理、应变时效热处理，以及低碳马氏体钢、马氏体时效钢、相变塑性钢(T RIP)和双相钢等都是以此为指导原则提出来的。30 年月在铜合金中观看到马氏体相变的可逆性，后来又觉察假设干具有同样性能的合金，依据这一原理研制成的外形记忆合金，已经应用于某些技术中。高温合金材料 40 年月以来，喷气发动

32、机的进展对高温合金提出日益严格的要求。1943 年英国制造的第一台喷气发动机使用镍基高温合金的工作温度为 650， 以后逐年提高。70 年月到达 950，镍基合金的使用温度已相当于合金熔点确定温度的 75以上，这是 20 世纪冶金技术的精彩成就之一，是综合运用金属学理论、材料使用所积存的阅历和冶金工艺等得到的成果。微晶金属和非晶态金属 液态金属经快速冷却所生成的快冷微晶合金或非晶态金属，各自具有独特的性能。微晶金属是液态金属在惰性气体中喷雾快速冷却 形成的超细粉末。由这种超细粉末压制成型并进展烧结而成的部件，由于成分均 匀，偏析小，可以提高合金化程度，其微晶构造具有较一般合金优越得多的性能。非

33、晶态金属则是某些合金体系从液态以大于每秒 10 的冷却速度冷到室温的金属， 其强度和抗腐蚀性能都优于一般金属。非晶态金属的电磁性能尤为优越，作为软 磁材料有可能取代目前的取向硅钢片。微晶金属和非晶金属的觉察，为金属学开 辟了宽阔园地。金属外表 金属外表科学争论日益深入。通过提高钢部件外表硬度以提高它的抗磨性能的技术，在本世纪 30 年月已普遍应用；随着渗碳、渗氮等技术的承受， 的外表处理方法不断消灭。例如承受喷丸处理使金属部件外表产生压应力以提高其疲乏性能，承受气相沉积以增加金属外表抗磨性能，承受激光处理使金属外表合金化或产生一层非晶态物质以改善其抗腐蚀性能等等。近年来，离子注入法已被用来转变

34、金属外表层的成分和构造(见晶体外表，化学热处理)。超塑性 金属和合金的超塑性的觉察，对塑性加工带来很大的好处，有些难以变形的金属可以利用它的超塑性成型。这种方法所需设备功率小，金属收得率高，成型后金属性能均匀。但是对材料的组织构造要求严格，成型工艺比较简单(见金属力学性能的表征)。断裂力学 继位错理论之后，美国人欧文(GRIrwin)等在 60 年月初依据线弹性理论提出断裂力学的概念，在掌握材料质量和机械设计等方面起了格外重要的作用。冶金学的展望20 世纪下半叶以来，冶金生产工艺与自动化技术的结合日益严密。氧气转炉炼钢、连续铸锭、轧钢高速化和连续化等工艺把钢冶金的生产效率不断推向 的高度，这在

35、很大程度上应归功于应用计算机进展自动掌握。如果没有自动掌握， 氧气转炉就难以充分发挥它的快速炼钢力量，连续铸钢就难于保证质量并获得高 收得率，轧钢就难以实现高速化和连续化，有理由认为，生产过程自动化刷了 冶金学的内容，成为当前和今后冶金进展的一个重要方向。单纯从提取金属着眼，运用今日拥有的自然科学学问和技术手段，即使矿石品位再低，组成再简单，都可以把金属提取出来，问题在于消耗的能源是否过大， 花费的本钱是否合算。因此，在提取冶金方面仍旧有很多争论课题。例如：扩大 资源范围限于今日技术水平、经济条件还不能利用的资源，由于工艺、装备的消灭变为可利用的资源；削减或消退生产过程对环境的污染、进展资源的

36、综 合利用，形成无公害工艺或无废料工艺；充分利用氧气等进一步强化冶炼过程， 以大大节约能源等。金属学或物理冶金学为生产效劳是要为供给符合使用要求的冶金产品探究途径，也要开发金属的用途。因此，金属学的主要内容是争论和进展合金、争论改善冶金产品性能的各种处理方法和技术等等。在创制合金的过程中，人们对成分、组织构造和性能之间的内在联系进展了争论。假设仅仅从使用着眼， 合金的性能固然是首要的；但从生产的角度动身，优先考虑的则是成分是否便于冶炼，加工是否经济合理等等；而且合金的性能并不完全取决于成分，而在很大程度上打算于组织构造。因此，争论金属及其合金的组织构造是金属学最重要的一环。20 世纪以来，金属

37、学取得了一系列的重大成就，从宏观到微观包括合金成分偏析、夹杂物、显微组织、晶体构造和晶体缺陷等各个层次有关组织构造的作用及其变化因素，都已积存大量学问，并总结出一整套规律。可以应用这些学问和规律大大削减生产和使用金属材料的盲目性。从 60 年月开头，一个明显的动向是冶金学同陶瓷工程学、分散态物理学、化学等学科的有关内容集合成为材料科学，这是由于随着时代的前进，局限在金属框框里的冶金学已不能适应近代工业进展的要求，在某些国家高等学校中的冶金系不少已改名为冶金和材料科学系，有的学院则干脆承受“材料科学和工程”这个名称。有理由认为，材料科学的消灭是为了适应技术进展的需要，特别是电子计算机制造业进展的

38、需要，材料科学中与此有关的首先是半导体冶金，其对象是锗、硅以及族化合物。制取半导体材料需要应用先进的冶金技术和分散态物理试验方法，首先是要求超纯，有的需要制备无位错单晶，有的还要掺入某种特定的添加物。在这方面，离子注入这项技术得到了应用，为冶金开拓了的进展前景。向超纯单晶某一取向注入离子是制备薄膜半导体的一种方法，也可能成为深入争论晶格中电子行为的一种试验途径。近年来，为了获得超高磁场，进展了超导材料，继生产 Nb-Ti 合金超导电缆之后，又消灭了 NbSn，VGa 等临界温度更高、性能更好的超导合金。明显，探究临界温度更高的超导材料将是材料科学工作者的长期奋斗目标。材料科学的一项重要内容是研

39、制结合多种材料特点的复合材料。其中包括不同金属之间的复合，金属与非金属的复合，有机塑料和金属或非金属的复合等等。关于复合材料的某些组织构造，冶金工作者并不生疏(见碳石墨材料)。事实上一些共析型的合金如 Co-TaC 等，其碳化物呈胡须状沿凝固结晶方向穿插在金属基体中，它就是一种复合材料。目前，用各种胡须或纤维增加金属或塑料的复合材料 已在很多方面开头应用。可以预期，随着材料科学的进展，复合材料将像一百年 前的钢一样，越来越显示出强大的生命力。冶金技术的进展-|Admin 发表于 2023-2-13 19:27:00冶金技术的进展人类在石器时代的后期开头利用自然金属，如铜、金、陨铁。在伊朗，已经

40、觉察公元前七、八千年用自然铜片卷制成的铜珠和公元前五千年制作的铜针。自然的金属来源很有限，要获得更多的金属，必需从矿石中提取。远古先民在烧制陶器中制造了冶金方法。这在技术上是一种重大进步。我国已经觉察的最早青铜器是公元前三千年制的青铜刀。商、周时代约在公元前 16 世纪至公元前 771 年西周末是中国青铜器鼎盛时期。人类社会约在公元前一千年进入铁器时代。我国自公元前七百年后广泛使用生铁。但是，在 16 世纪以前，冶金技术多凭个人阅历和师徒传授，缺乏文字记载和阅历总结，很多冶金技术失传。从开头炼铜直到 16 世纪，长达约五千年的冶金生产中，能够炼出的金属只不过七、八种。直到 18 世纪末，近代科学技术兴起，才渐渐形成了一门重要的学科冶金学，从今冶金生产开头加速进展。现代冶金学是争论从矿石提取金属及其化合物并制成金属材料的学科，包括两大领域，即提取冶金和物理冶金。前者指从矿石提取金属，有火法、湿法及电化沉积法等，是通常所说的冶金；后者，是通过成型、加工制造金属材料的学科，又称金属学。