Наверное, ни для кого не секрет, что производство стали и других металлических материалов началось задолго до развития науки о металлах. Если же это утверждение оказалось для Вас открытием, то можете почитать статью Об истории обработки металлов давлением, где как раз приведены некоторые факты.
Еще в давние времена в области знаний о материалах оформилось два направления: познавательное и практическое, которые примерно до XVII–XVIII вв. развивались совершенно независимо друг от друга [1, с. 4]: познанием материалов занимались лишь философы, а затем химики и физики, практикой же занимались горняки и кузнецы, которые больше полагались на интуицию.
В средние века покупатели оценивали качество стали, по таким характеристикам как излом, узор на поверхности (дамасская сталь) и режущим свойствам.
С развитием промышленности сведения о различных характеристиках материалов были необходимы потребителям (сведения о товаре), а также производителям для возможности улучшения эксплуатационных свойств материалов. Производителей металлических материалов стало интересовать влияние состава, структуры, различных воздействий (механических, тепловых, электрических и т. д.) на свойства, дабы эти самые свойства улучшить [2, с. 82], хотя металлурги, конечно, и раньше интуитивно осознавали, что свойства металлических сплавов зависят не только от химического состава, но и в значительной степени от микро- и макроструктуры. Тем не менее осознание, что дальнейший прогресс в области создания новых материалов и улучшения свойств уже созданных невозможен без развития науки, пришло.
С развитием оптики (~XVII в) начали исследовать и описывать структуру металлов с помощью увеличительных стекол и оптических микроскопов. Одним из первых подобных исследований осуществил Р.Гук, результаты которого вылились в монографию «Микрография». Примерно в то же время (в 1665 г.) была издана работа Агриколы «О металлах», которая являлась первым обобщением практического опыта по получению и обработке металлов [2, с. 81]. Первое издание на русском языке было выпущено издательством Академии наук СССР в 1962 г. В сети можно найти издание 1986 года [3]. С этим периодом и можно связать зарождение науки о металлах и ее использования в металлургии.
Рис. 1. Становление металловедения и материаловедения
Считается, что первым человеком, применившим для исследования строения стали микроскоп является П.П. Аносов. В своей книге “О булатах” (1841 г. издания) автор пишет, что еще в 1831 г. он впервые в
мире применил микроскоп для исследования внутреннего строения стальных сплавов. Как говорится в [4], первым, кто наблюдал структуру металла с использованием микроскопа на должным образом подготовленных и протравленных образцах (это была практически цитата). В общем, будем считать, что они это сделали одновременно. Можно считать, с этими работами было положено начало металлографии – науки о макро- и микроструктуре металлов и сплавов [2, с. 82].
Согласно [5], научно обоснованные испытания материалов начались с развитием механики, приблизительно с 1850 г.
Начало изучению сплавов системы железо-углерод и процессов их термообработки было положено опубликованной в 1868 г. Работой Д.К. Чернова «Критический обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д.К.Чернова исследования по этому же предмету», где впервые было указано на существование у стали критических точек и дано первое представление о диаграмме железо-цементит.
Огромный вклад в дальнейшее изучение сплавов системы железо-углерод и в построение всем известной диаграммы Fe-C внесли А.А. Байков, Р. Аустен (наверняка, в его честь назвали аустенит), Ф. Осмонд, Ле-Шателье, Н.Т. Гудцов, Розенбаум (не путать с певцом!) и П. Геренс.
Следующей вехой в изучении структуры и состава металлов и сплавов стало открытие М.Лауэ в 1912 г. явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, благодаря чему “заглядывать” в структуру можно было еще “глубже” по сравнению с оптическим микроскопом: стало возможно изучать атомную, кристаллическую и электронную структуры.
К 1920 г. металлография стала частью уже более обширной науки, которую еще в существовавшем СССР назвали “Металловедение”, а в Германии – “MetallKunde”.
Для решения основной задачи металловедения – исследования и установления связи «состав–структура–свойства» – необходимы были достижения прежде всего физики твердого тела, которая развивалась в русле познавательной идеи. Так появилась наука – металлофизика, которая стала базовой для металловедения [6, с. 625].
Рис. 2. Связь «состав–структура–свойства»
В начале ХХ в качестве материалов стали использовать все больше элементов Периодической системы: сплавы, пластмассы, керамика, полупроводники и т. д. Для того чтобы охватить силой мысли все это многообразие, основных положений металловедения и металлофизики стало уже маловато.
В связи с этим, в середине ХХ века в бывшем СССР возникает новая наука – материаловедение (рис. 1, 3), включающая металловедение как свою составную часть [2, с. 80].
Рис. 3. Металловедение – часть материаловедения
Практически одновременно с появлением материаловедения в СССР подобная наука появилась и в Германии – Werkstoff Kunde (“знание о материале”), а в англоязычной научной литературе возник термин “materials science”.
Подписаться на обновления блога.
Ссылки
1. Верхотуров А.Д. Основные идеи и парадигмы развития материаловедения // Химическая технология. 2001. № 8. С. 2-9.
2. Верхотуров А. Д. Материалогия // Вестник дальневосточного отделения РАН. 2004. №. 5. С. 80-86.
3. О горном деле и металлургии в двенадцати книгах (главах) / Агрикола Г.; под ред. Шухардина С.В. – М.: Недра, 1986. – 292 с.
4. Metallography: An Introduction, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook, ASM International, 2004, p. 3–20
5. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала XIX в. до середины ХХ в. М.: Наука, 1979. 317 с.
6. Францевич И.Н. Создание материалов с заданными свойствами // Неорганическое материаловедение в СССР. 1983. С. 622–633.
Добавить комментарий