Sejarah singkat perkembangan material logam

1. Bahan logam masa lalu, sekarang dan masa depan

Fase 1 – Produksi Baja Mentah

4300 SM: Emas alam, tembaga dan tempa serta kerajinan lainnya

2800 SM: Peleburan besi

2000 SM: Kemakmuran perunggu, lonceng dan senjata (Shang, Zhou, Musim Semi dan Musim Gugur dan Negara-Negara Berperang)

Dinasti Han Timur: Penempaan baja berulang kali → proses perlakuan panas deformasi paling primitif

Teknologi pendinginan: "mandi dengan penenggelaman lima hewan, pendinginan dengan lemak lima hewan" (pendinginan air modern, pendinginan minyak)

Tombak Fuchai Raja Wu dan Pedang Raja Yue Goujian

Perunggu Dunhe Zunpan dari Dinasti Shang dan Zhou

Sosok Wajah Manusia Perunggu Dinasti Shang

Replika Lonceng Makam Leigudun No.2

Pada tahun 1981, satu set lonceng dari Periode Negara-Negara Berperang digali dari Makam No. 2 di Leigudun, Provinsi Hubei, dengan ritme yang akurat dan warna suara yang indah. Jumlah dan skalanya adalah yang kedua setelah lonceng Zeng Houyi, dengan jangkauan total lebih dari lima oktaf. Ia dapat dimodulasi dengan sendirinya untuk memainkan berbagai musik yang terdiri dari tangga nada lima, enam, dan tujuh nada. Dibutuhkan lima orang untuk tampil berkolaborasi, dengan semua suara bernyanyi serempak dan simfoni berulang. Layak menjadi mahakarya musik kuno.

Tahap kedua - landasan disiplin material logam

Meletakkan dasar untuk disiplin ilmu material logam: metalurgi, metalografi, perubahan fasa dan baja paduan, dll.

1803: Dalton mengajukan teori atom dan Avogadro mengajukan teori molekuler.

1830: Hessel mengusulkan 32 jenis kristal dan mempopulerkan indeks kristal.

1891: Para ilmuwan dari Rusia, Jerman, Inggris dan negara-negara lain secara mandiri menciptakan teori struktur kisi.

1864: Sorby menyiapkan foto metalografi pertama, sebanyak 9 kali, namun signifikan.

1827: Karsten mengisolasi Fe3C dari baja, dan pada tahun 1888 Abel membuktikan bahwa itu adalah Fe3C.

1861: Ochernov mengusulkan konsep suhu transisi kritis baja.

Akhir abad ke-19: Penelitian martensit menjadi populer, Gibbs memperoleh hukum fase, Robert-Austen menemukan sifat larutan padat austenit, dan Roozeboom menetapkan diagram kesetimbangan sistem Fe-Fe3C.

Tahap ketiga - perkembangan besar teori mikroorganisasi

Diagram fase paduan, penemuan dan penerapan sinar-X, pembentukan teori dislokasi.

1912: Sinar-X ditemukan, memastikan bahwa (δ)-Fe adalah bcc dan -Fe adalah fcc; hukum solusi padat.

1931: Menemukan peran unsur paduan dalam perluasan dan kontraksi zona.

1934: Polanyi dari Rusia, Orowan dari Hongaria, dan Taylor dari Inggris masing-masing secara independen mengajukan teori dislokasi untuk menjelaskan deformasi plastis baja; kristalografi transformasi martensit.

1938: Mikroskop elektron ditemukan.

1910: Baja tahan karat ditemukan, baja tahan karat F ditemukan pada tahun 1912, dan seterusnya.

1990: Menemukan alat uji kekerasan Brinell, Griffith mengusulkan bahwa konsentrasi tegangan dapat menyebabkan retakan mikro.

Tahap keempat - penelitian mendalam tentang teori mikro

Kajian mendalam tentang teori mikroskopis: penelitian tentang difusi atom dan esensinya; penentuan kurva TTT baja; Teori transformasi bainit dan martensit membentuk teori yang relatif lengkap.

Pembentukan teori dislokasi: Penemuan mikroskop elektron mengarah pada pengamatan pengendapan fase kedua pada baja dan selip dislokasi, dan penemuan dislokasi tidak lengkap, patahan susun, dinding dislokasi, substruktur, massa udara Cottrell dan fenomena lainnya, dan perkembangan teori dislokasi. Teori yang salah.

Instrumen ilmiah baru terus ditemukan: probe elektron, mikroskop emisi ion medan dan emisi elektron medan, mikroskop elektron transmisi pemindaian (STEM), mikroskop terowongan pemindaian (STM), mikroskop gaya atom (AFM), dll.

2. Bahan logam modern

Penelitian dan pengembangan material struktur tingkat lanjut merupakan tema abadi.

Kembangkan material struktural berkinerja tinggi: mulai dari mencapai kekuatan tinggi, tahan suhu tinggi, tahan korosi, dan tahan aus hingga mengurangi bobot mekanis, meningkatkan kinerja, dan memperpanjang masa pakai. Beragam aplikasi mulai dari komposit hingga material struktural, seperti komposit matriks aluminium. Mengembangkan baja austenitik suhu rendah untuk berbagai rangkaian kegunaan.

Mengubah bahan struktur tradisional: Cara yang penting adalah membuat struktur lebih halus dan seragam, bahan menjadi lebih murni, dan memperhatikan pengerjaan. "Bahan baja generasi baru" dua kali lebih kuat dari bahan baja yang sudah ada. Insiden "9.11" di Amerika Serikat memperlihatkan buruknya ketahanan terhadap pelunakan suhu tinggi pada struktur baja yang digunakan dalam konstruksi, yang mendorong pengembangan baja canai panas berkekuatan tinggi yang tahan api dan tahan cuaca.

Mengembangkan baja berkinerja tinggi lainnya: Gunakan berbagai proses dan metode baru untuk menciptakan baja perkakas baru dengan ketangguhan dan ketahanan aus yang baik. Paduan ekonomis adalah arah pengembangan baja berkecepatan tinggi, dan pengembangan berbagai teknologi perawatan permukaan untuk material perkakas sangat penting dalam pengembangan material perkakas baru.

Teknologi persiapan tingkat lanjut: seperti teknologi pemrosesan logam semi-padat, kematangan dan penerapan teknologi paduan aluminium-magnesium, batasan teknis baja yang ada serta penguatan dan ketangguhan baja adalah arah upayanya.

3. Perkembangan berkelanjutan dan tren material logam

Pada tahun 2004, "Industri Material dalam Masyarakat Sirkular—Pembangunan Industri Material yang Berkelanjutan" diusulkan.

Metalurgi mikroba: produksi bebas limbah, telah dilakukan pada skala industri di banyak negara. Amerika Serikat menggunakan metode metalurgi mikroba untuk memproduksi tembaga, yang menyumbang 10% dari total produksi, dan Jepang secara artifisial membudidayakan ascidian untuk mengekstraksi vanadium. Air laut merupakan sejenis mineral cair, dan jumlah unsur paduan yang terkandung dalam air laut melebihi 10 miliar ton. Unsur-unsur seperti magnesium dan uranium kini dapat diekstraksi dari air laut. Sekitar 20% magnesium yang diproduksi di dunia berasal dari air laut. Amerika Serikat sudah memenuhi 80% permintaannya dengan magnesium ini.

Industri bahan daur ulang: Menyesuaikan dengan kebutuhan zaman, mengintegrasikan kesadaran ekologi dan lingkungan ke dalam desain produk dan proses produksi, meningkatkan pemanfaatan bahan dan mengurangi beban lingkungan selama produksi dan penggunaan. Kembangkan industri yang membentuk siklus baik "sumber daya → material → lingkungan".

Arah utama pengembangan paduan adalah paduan yang lebih sedikit dan paduan serba guna untuk membentuk sistem material ramah lingkungan/ekologis, yang kondusif untuk pemulihan dan penggunaan kembali material. Perlu dilakukan penelitian dan pengembangan material ramah lingkungan dan ramah lingkungan yang erat kaitannya dengan kehidupan masyarakat.

4. Paduan titanium disebut "logam luar angkasa" dan "baja masa depan"

Paduan titanium mempertahankan kekuatan tinggi pada suhu tinggi dan rendah, dan ketahanan terhadap korosi tidak tertandingi. Titanium melimpah di bumi (0,6%). Namun, proses pemurniannya rumit dan mahal, dan penerapannya secara luas masih terbatas. Paduan titanium akan menjadi salah satu material logam yang akan memberikan kontribusi penting bagi umat manusia di abad ke-21.

5. Logam non-besi

Sumber daya menghadapi masalah serius akibat pembangunan yang tidak berkelanjutan, terutama disebabkan oleh kerusakan sumber daya yang serius, tingkat pemanfaatan yang rendah, dan limbah yang sangat banyak. Teknologi pemrosesan mendalam masih terbelakang dan kurangnya produk-produk kelas atas; hanya ada sedikit pencapaian inovatif dan tingkat industrialisasi pencapaian teknologi tinggi tidak tinggi. Pengembangan bahan struktural berkinerja tinggi dan metode pemrosesan canggihnya adalah yang utama, seperti paduan aluminium-litium, paduan aluminium pemadatan cepat, dll. Bahan fungsional logam non-besi juga menjadi arah pengembangan.