Краткий исторический очерк

Начало науки о металлах в России было положено великим русским ученым М.В. Ломоносовым в его труде «Первые основания металлургии или рудных дел».

Однако по праву начало металловедения как науки связано с именем великого русского металлурга Павла Петровича Аносова.

Имя П.П. Аносова связано с открытием секрета изготовления булатных клинков, обладавших замечательными свойствами чрезвычайной остротой лезвия и большой гибкости и упругости клинка. П.П. Аносовым был выполнен большой объем работ в области создания технологии изготовления высококачественной литой стали, а также работы по изучению влияния легирующих элементов в стали на ее свойства: марганца, хрома, титана, платины, золота и других; по влиянию формы вводимого в сталь углерода: от лепестков роз до алмаза. П.П. Аносов, изучая рисунки на булатах, пришел к выводу о том, что они являются проявлением внутренней структуры металла. Им впервые показано, что свойства стали зависят от ее макроструктуры и микроструктуры. П.П. Аносов впервые в 1831 году применил микроскоп для исследования микроструктуры стали, положив этим начало науки о металлах – металловедения.

Работы Аносова по изучению структуры литой стали были продолжены Александром Степановичем Лавровым и Николаем Вениаминовичем Калакуцким, которые исследовали структуру стальных слитков, производили химические анализы в разных его частых, изучили образование пустот, пузырей, усадочных раковин в слитках.

Новым этапом развития науки о металлах – металловедения явились открытия великого русского ученого Дмитрия Константиновича Чернова. В 1868 году Д.К. Черновым были открыты критические точки стали а, в и с, которые определили научную основу технологии термической обработки.

Громадное научное и практическое значение работы Д.К. Чернова заключается в том, что в ней было теоретически обосновано и экспериментально доказано, что решающее влияние на формирование структуры и свойств стали оказывает термическая обработка, а не ковка, как это считалось раньше.

Открытие критических точек стали Д.К. Черновым и периодического закона Д.И. Менделеевым в 1869 году явились основой современного металловедения. Периодический закон Д.И. Менделеева позволяет установить связь между строением атомов, кристаллической структурой и свойствами металлических сплавов. Этот закон позволяет предвидеть и объяснить влияние элементов на структуру и свойства металлических сплавов, способность их к образованию твердых растворов, химических соединений и т.д.

Следующей работой Д.К. Чернова (1878 г.), внесшей большой вклад в теорию металловедения, является работа по изучению процессов кристаллизации стального слитка. Этой работой Д.К. Чернова был установлен приоритет русской науки по таким вопросам теории кристаллизации, как учение о центрах кристаллизации и законы роста кристаллов в больших объемах стали. Д.К. Черновым был исследован знаменитый "кристалл Чернова" длиной 39 см и весом 3,45 кг, являющийся классической иллюстрацией явления кристаллизации.

В 1884 году Д.К. Чернов первым обнаружил и описал линии скольжения на поверхности деформированной стали, называемые в настоящее время линиями Чернова-Людерса, заложив научные основы обработки металлов давлением.

В 1885 году, основываясь на работах П.П. Аносова по закалке в горячем сале, Д.К. Чернов осуществил закалку в расплавленном сплаве свинца с оловом при температуре 200 °С, что послужило началом применения ступенчатой закалки стали, а в дальнейшем – исследованию изотермического превращения аустенита. В 1875 году Д.К. Чернов исследовал микроструктуру рельсовой стали и высказал свои представления по влиянию микроструктуры рельсов на их стойкость.

Большое значение имеют работы Д.К. Чернова по изучению разгаростойкости орудийных стволов и технологии термической обработки бронебойных снарядов.

Одним из основных разделов металловедения является учение о внутренних напряжениях. Большой вклад в этот раздел металловедения был внесен замечательным русским металловедом Николаем Вениаминовичем Калакуцким. В 1887 году в Петербурге вышел его знаменитый труд «Исследование внутренних напряжений в чугуне и стали». Н.В. Калакуцкий в своем труде утверждал, что производство многих изделий было бы гораздо совершеннее, если бы учитывались внутренние напряжения. Им предложен метод определения внутренних напряжений в чугунных или стальных изделиях. Н.В. Калакуцкий впервые указал, что, создание в деталях благоприятного распределения напряжений (сжимающие на поверхности изделий), значительно повышает их прочность и долговечность. Этот вывод Калакуцкого широко применяется в настоящее время. Иллюстрацией этого может быть применение упрочнения наклепом дробью, накаткой роликами, холодной поверхностной пластической деформацией, закалки токами высокой частоты, создающей на поверхности изделий сжимающие напряжения.

Дальнейшее развитие науки о металлах характеризуется резким скачком, значительным прогрессом металловедения одновременно по многим направлениям. Николай Семенович Курнаков создал школу металловедов, разработавших основы физико-химического анализа. Под его руководством были сформированы крупные, хорошо оборудованные лаборатории. Им разработан дифференциальный пирометр (пирометр Курнакова).

Н.С. Курнаковым и его учениками были разработаны новые представления о природе твердых растворов и химических соединений, исследованы и разработаны сотни диаграмм состояния металлических сплавов, составляющих сокровищницу мировой науки. Выдающимся исследователем, работавшим над наиболее важными проблемами металловедения, был Александр Александрович Байков. Он впервые обнаружил кристаллическое строение аустенита, путем травления хлором микрошлифов при высокой температуре. В 1900 году при исследовании сплавов меди с сурьмой А.А. Байков показал, что процесс закалки применим не только к сталям, но и к сплавам цветных металлов.

В 1906 году немецкий инженер А. Вильм на изобретенном им дуралюмине открыл старение – процесс, который стал основным процессом, приводящим к упрочнению многих цветных сплавов. Старение сплавов, обнаруженное Вильмом исследовалось П. Мерика, С.Т. Конобеевским, Ю.А. Багаряцким, М.И. Захаровой, Гинье, Престоном и др. Теория распада пересыщенных твердых растворов разработана С.Т. Конобеевским.

Развитие металловедения как науки связано с именем Николая Анатольевича Минкевича. Им решались проблемы по созданию научных основ термической обработки специальных сталей и сплавов высокого качества для авиационной, автомобильной и других отраслей промышленности. В результате работ Н.А. Минкевича были внедрены в производство многие марки конструкционных и инструментальных сталей. Им проведены работы в области теории и технологии газовой цементации стали.

Большой вклад в развитие металловедения и теории термической обработки стали, был внесен уральской школой металловедов под руководством Сергея Самойловича Штейнберга.

Этой школой разработаны теории изотермической закалки и изотермического отжига стали, разработан и обоснован способ многократного отпуска быстрорежущей стали, а также выявлено влияние различных легирующих элементов и величины зерна на свойства и структуру стали после термической обработки.

Теория мартенситного превращения в стали и других сплавах изучалась и в современном виде разработана Г.В. Курдюмовым.

Большой объем работ по металловедению цветных металлов и сплавов наряду с изучением сталей проведено школой А.М. Бочвара и А.А. Бочвара. Этой школой широко изучены многие сплавы цветных металлов, исследован процесс эвтектической кристаллизации, разработаны многие подшипниковые сплавы, усовершенствованы способы изготовления изделий из этих сплавов, разработаны методы борьбы с коррозией.

Изучение медных сплавов проведено школой ленинградских металловедов М.П. Славинского.

Новые методы комбинированной обработки, появившиеся в последнее время, потребовало новых металловедческих исследований. Исследования структуры сталей и сплавов цветных металлов при их термомеханической обработке, механикотермической, термомагнитной обработке проведены М.Л. Бернштейном. Влияние ультразвуковых колебаний на превращения в металлах и сплавах исследовано В.С. Ермаковым, Э.А. Альфтаном, К.М. Погодиной-Алексеевой, Г.И. Погодиным-Алексеевым, А.В. Кулеминым, В.С. Биронтом и др.

Развитие науки в области неметаллических керамических и композиционных материалов основывается на самостоятельных научных направлениях, и также имеет богатую историю создания таких материалов.