1、金屬材料的過去、現在和將來

第一階段——原始鋼鐵生產

公元前4300年：自然的金、銅及鍛打等工藝

公元前2800年：鐵的熔煉

公元前2000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰國）

東漢時：反復鍛打鋼→最原始形變熱處理工藝。

淬火技術：“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” （現代的水淬、油淬）。

吳王夫差矛和越王勾踐劍

商周時期的青銅敦和尊盤

商代青銅縱目人面像

擂鼓墩二號墓編鐘復制件

1981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰國編鐘一套，音律準確，音色優美。其件數和規模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達5個8度以上，可自己轉調，奏出五聲、六聲、七聲音階構成的各種樂曲。須五人合作演出，眾聲齊發，交響疊鳴，無愧為古代音樂之絕響。

第二階段——金屬材料學科的基礎

奠定金屬材料學科基礎：金屬學、金相學、相變和合金鋼等。

1803年：道爾頓提出原子學說，阿伏加德羅提出分子論。

1830年：Hessel提出32種晶體類型，普及晶體指數。

1891年：俄、德、英等國科學家分別獨立地創立了點陣結構理論。

1864年：Sorby制備第一張金相照片，9倍，但意義重大。

1827年：Karsten從鋼中分離出了Fe3C，1888年Abel證明了這是Fe3C。

1861年：俄契爾諾夫提出了鋼的臨界轉變溫度的概念。

19世紀末：馬氏體研究已成為時髦，Gibbs得到了相律，Robert-Austen發現了奧氏體固溶特性，Roozeboom建立了Fe-Fe3C系的平衡圖。

第三階段——微觀組織理論大發展

合金相圖，X射線發明及應用，位錯理論的建立。

1912年：發現X射線，證實α（δ）-Fe是bcc，γ-Fe是fcc；固溶體規律。

1931年：發現合金元素的擴大和縮小γ區作用。

1934年：俄國Polanyi、匈牙利Orowan和英國Taylor各自獨立地提出了位錯理論，解釋鋼的塑性變形；馬氏體轉變的晶體學。

1938年：發明了電子顯微鏡。

1910年：發明A不銹鋼，1912年發明了F不銹鋼等。

1990年：發明了布氏硬度計，Griffith提出了應力集中會導致產生微裂紋。

第四階段——微觀理論的深入研究

微觀理論的深入研究：原子擴散及其本質的研究；鋼TTT曲線測定；貝氏體、馬氏體轉變理論形成了比較完整的理論。

位錯理論建立：電子顯微鏡的發明，促使看到了鋼中第二相沉淀析出，位錯滑移，發現了不全位錯、層錯、位錯墻、亞結構、Cottrell氣團等現象，發展出位錯理論。

新科學儀器不斷發明：電子探針，場離子發射顯微鏡和場電子發射顯微鏡、掃描透射電鏡（STEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等。

2、現代金屬材料

先進結構材料的研究與開發是永恒的主題。

開發高性能結構材料：從高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損功能的追求到降低機械重量、提高性能、延長使用壽命。復合材料到結構材料的廣泛應用，如鋁基復合材料。開發各種系列用途的低溫奧氏體鋼。

改造傳統結構材料：重要途徑是組織更細、更均勻，材料更純潔，注重工藝。“新一代鋼鐵材料” 強度相當于現有鋼鐵材料兩倍。美“9.11”事件，暴露建筑用鋼結構抗高溫軟化能力差，由此推動開發高強熱軋耐火耐候鋼。

開發其他高性能鋼：利用各種新工藝、新方法制造出韌性和耐磨性都很好的新型工具鋼。經濟合金化是高速鋼的一個發展方向，工具材料的各種表面處理技術開發，在新型工具材料的開發上具有重要的意義。

先進制備工藝：如金屬半固態加工技術，鋁鎂合金技術的成熟與應用，現有鋼的技術界限和鋼強韌化是努力的方向。

3、金屬材料的可持續發展與趨勢

2004年提出了 “循環型社會的材料產業——材料產業的可持續發展”。

微生物冶金：無廢物的生產，已在許多國家進行了工業性生產。美國利用微生物冶金方法生產的銅占總產量的10%，日本人工培植海鞘以提取釩。海水是一種液態礦，海水中含有的合金元素量超過100億噸。現在已可從海水中提取鎂、鈾等元素，全世界生產的鎂大約有20%來自海水，美國靠這種鎂已滿足著需求量的80%。

循環材料產業：適應時代需要，把生態環境意識貫穿于產品和生產工藝的設計之中，提高材料利用率、降低生產和使用過程中環境的負擔。發展形成“資源→材料→環境”良性循環的產業。

合金發展的主流方向是少合金化與通用合金，形成綠色/生態材料體系，有利于材料的回收與再生利用。要研究開發與人民生活密切相關的綠色材料以及環境友好材料。

4、鈦合金被稱為“空間金屬”、“未來鋼鐵”

鈦合金在高溫和低溫下都能保持高強度，耐蝕性也是無可匹敵的。鈦在地球中含量不少（0.6%）。但是提煉工藝復雜，成本高，廣泛應用受到限制。鈦合金將是二十一世紀為人類作重要貢獻的金屬材料之一。

5、有色金屬

資源面臨著不可持續發展的嚴重問題，主要是資源破壞嚴重和利用率很低，浪費驚人。精深加工技術落后，高檔產品缺乏；創新成果少，高新技術成果產業化程度不高。開發高性能結構材料及其先進工藝方法是主流，如：鋁鋰合金、快速凝固鋁合金等。有色金屬功能材料也是發展方向。