金属材料与人类文明

金属材料与人类文明

材料是人类文明的里程碑,是社会进步的物质基础。人类生活使用的器物是由各种材料制作的，人类从事生产劳动需要工具，生产工具是用一定的材料制造的，人类文明的发展程度与制造工具、生产、生活所用的材料息息相关。在材料学家看来,人类的文明史就是材料的发展史,并把人类历史的发展时期划分为石器时代、青铜器时代、铁器时代、新材料时代。

能源、信息、材料是社会发展的三大支柱，而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，这其中金属材料是人类历史上系统的应用研究时间最长，在目前应用也较为广泛的一种重要材料。

金属是人类文明，尤其是农业文明和工业文明的最重要的物质础。因为自青铜时代以来，金属一直是人类制造生产工具和兵器的重要材料，且金属的生产与应用的状况决定了社会生产力的发展水平。

我国的金属材料发展可追溯到史前，早在我们就开六、七千年前中国人的祖先就始使用铜。1975年甘肃东乡林家马家窑文化遗址（约公元前3000左右）出土一件单范铸造的青铜刀，这是目前在中国发现的最早的青铜器，是中国进入青铜时代的证明。“国之大事，在祀及戎”。对于中国先秦中原各国而言，最大的事情莫过于祭祀和对外战争。作为代表当时最先进的金属治炼、铸造技术的青铜，也主要用在祭祀礼仪和战争上。鼎盛期即中国青铜器时代，时代包括夏、商、西周、春秋及战国早期，延续时间约一千六百余年。这个时期的青铜

器主要分为礼乐器、兵器及杂器。所有青铜器中，礼器数量最多，制作也最精美。礼乐器可以代表中国青铜器制作工艺的最高水平。礼器种类包括烹炊器、食器、酒器、水器和神像类。这一时期的青铜器装饰最为精美，文饰种类也较多。秦代以后，礼器比重大减，钱币、度量衡和铜镜经过更新、创制，成为中国封建社会青铜器的主流，在漫长的时间里，中国的青铜器铸造技艺一直保持着其他国家望尘莫及的水平。

青铜器，集造型、雕塑、绘画等多种艺术之成，具有极高的实用价值和艺术审美价值，是中国文物艺术中的瑰宝，也是世界美术史上的精华，是中国金属材料科学技术的骄傲。

继青铜时代之后的便是铁器时代。早在公元前13-14世纪，中国人就已识别和使用了铁，目前所知的我国最早经人工冶炼的铁是江苏六合出土的春秋晚期铁条和铁块。在春秋战国时期，由于铁器的发明和使用，既解放了农村的大量生产力，又在投入战争使用后，大大缩短了战争的进程，从而加速了整个国家的统一，结束了乱世的局面，使得我国文明在一段动荡时期后能够继续得以正常的发展。明朝时期我国还有了金属材料方面的较为专业的书籍。像明朝宋应星著《天工开物》一书，内有冶铁，炼钢，铸钟，锻铁，淬火等各种金属加工方法，它是世界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一，这充分反映了我国人民在金属加工工艺方面的卓越成就。

铁作为一种非常重要的金属材料，它的使用与生产是人类文明和社会进步的一个重要标志。从中世纪到工业革命的时期,金属生产向着规模化的方向发展,一些效率更高的大型炼铁炉被建造起来。由于铁的大规模生产,随之而来的是人类物质文明的进一步提高,铁轨、铁桥、铁船、铁管、铁塔如雨后春笋,遍地开花。

在古代,除了铜和铁以外,人们还会制造铅和锡的制品,同时也出

现了金和银。金和银被称为“贵金属”,因为它们具有艳丽的光泽,

而且长期不褪,此外它们可以经过反复熔化而重量损失甚少。正是由于这些特点,人们用它们做成首饰,美化自己。后来,贵金属自然地成为货币。使用货币,是人类生产力发展并有剩余物资流通的标志,是人类文明的一大进步,这时人们占有贵金属的多少成为衡量财富的尺度,人们追求的是它们作为货币的身份而不是一般的使用价值了。

时间来到了近现代，虽然金属已不再像过去那样有着决定社会性质或是国家兴亡的能力，但依然在如今的社会有着自己的一片天地。不同于过去人们一直比较长期利用的传统金属，如铜，铁等，如今的人类，已经开发出了绝大多数金属在现代社会的各种用途，相比于那些传统金属在人类社会中的用途比较单一。近现代社会中，由于各种高科技技术的迅猛发展，在交通，武器，文化甚至是艺术等诸多方面都有了金属的身影，而且在这些领域都有着举足轻重的重要。

18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪,现代平炉和转炉镍管炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。与此同时,铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相

继问世并得到应用。至今,金属材料在材料工业中一直占有主导地位。金属材料可以说是人类社会发展的全称见证者，之所以那么说，是与它在人类社会各个转型期所起到的举足轻重的作用所分不开的。作为人类最早发现并开始加以利用的一种材料，金属可以说从方方面面影响着人类的历史发展进程。从最初把金属打造成狩猎武器到如今人类的生活已完全离不开金属，可见金属早已融入了整个人类社会。

19世纪未到20世纪中叶,合金钢和其他金属材料飞速发展,低合金高强度钢、超高强度钢、合金工具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工用钢等等相继研究成功,加上铝合金、铜合金、钛合金、钨合金、钼合金、镍合金,以及各种稀有合金,全世界合金的品种达到数万种,生产量和消费量大幅度增长。在全社会的经济发展中发挥了主导的作用。1910年新的工具钢W18Cr4V的发明曾经震撼了世界,这种合金有很高的硬度,而且当温度达到600℃时硬度也不会下降,从而大大提高了刀具的耐用度,可使机床的切削速度成倍增长,所以这种

钢被誉为“高速钢”,它对当时机械工业的发展起了极其重要的推动作用；不锈钢的发明是材料发展史上又一项重大成就,从20世纪20年代开始工业规模生产,为化学工业的发展做出了重大贡献,至今全

世界不锈钢年产量近2000万吨,能满足许多重要部门的应用,并仍在不断发展,精益求精；超高强度钢从20世纪40年代开始,一直是合金钢发展中的热点之一,和钢的强韧性理论并驾齐驱,人们千方百计利

用一切手段,如:固溶强化、细晶强化、位错强化、弥散第二相强化、相变强化等,提高钢的强度并维持良好的韧性,屡有新的突破,在制造

固体火箭发动机壳体、高压容器、飞机起落架、飞机机身大梁、原子能离心分离机筒体等国防与高新技术领域中熠熠生辉,令人瞩目。这样的例子不胜枚举。没有金属材料哪能有蒸汽机、柴油机、发电机、电动机、切削机床?哪能有火车、汽车、拖拉机、远洋轮船和飞机?哪能有坦克、大炮、火箭、导弹和卫星?人们是否意识到,我们今天的物质文明和生活质量有多少是依赖于金属材料的呢?金属材料直到今天仍然是一切工业和现代科学技术的最重要的物质基础,虽然金属材料不是人类学会制造和应用的最早的材料,但可以说,在漫长的历史中,人类的物质文明主要取决于人们对金属的了解及使用。没有金属材料就没有现代的物质文明。

在自然界中存在的100余种化学元素中有2/3是金属,20世纪中几乎所有的金属都被研究过,几乎所有有用的金属都在为人类服务,金属材料不愧为人类最亲密、最忠实、最可靠的朋友。金属材料在工程中一直是最重要的材料,之所以如此,是因为金属具有如下的突出优点。

①金属的力学性能堪称“全能冠军”。它的模量和强度可以和陶瓷比美,比高分子材料高得多；它的塑性和韧性则可以与高分子材料比美,是陶瓷所望尘莫及的；综合起来,金属在具有高强度的同时,具有优良的塑性和韧性,这是其他材料所不及的。因此它作为工程材料使用时最可靠、最安全。

②既耐热,又耐寒。金属材料可以在很高的温度下使用,虽然使用温度比不上陶瓷,但由于陶瓷可靠性差,在重要部件上的应用还有很