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精密儀器

紀(jì)念合金鋼誕生200周年

合金鋼(alloy steel)就是鋼里除鐵、碳外,加入其他的合金元素。根據(jù)添加元素的不同,并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?,可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。據(jù)上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)董瀚在中國(guó)冶金材料大講堂的介紹,自從1820年開始,法拉第首次提出了向鋼中添加某些元素來增強(qiáng)性能的概念以來,合金鋼的發(fā)展距今已有200年的歷史。


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法拉第——合金鋼之父


邁克爾·法拉第,電磁感應(yīng)之父,電學(xué)之父,交流電之父,發(fā)明了人類第一臺(tái)發(fā)電機(jī),同時(shí)他也是合金鋼之父!盡管未發(fā)展出有實(shí)際用途的鋼種,但是法拉第被認(rèn)為是合金鋼發(fā)展的先驅(qū)。


1820-1822年,法拉第往熔化的鋼液里分別加入鉻、鎳、鉑、銘、銅、金、銀、鉑,然后測(cè)試加入這些元素之后,鋼鐵性能的變化。其中加入鉑金的實(shí)驗(yàn),鋼鐵含鉑量高達(dá)2.5%


法拉第制作的合金鋼,含鉻最高量為2.3%,含鎳最高量為2.2%,含鉑最高量為2.5%,含鍺最高量為1.6%,含銅最高量為2.79%,含銀最高量為1%。有的合金鋼中還同時(shí)加入了0.75%的金和2.1%的鎳,所有的合金鋼中都含有0.75%1.5%的碳。

 

法拉第把他冶煉合金鋼的研究成果寫成了論文,在1822年提交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì),其中比較重要的論文是1822年發(fā)表的《關(guān)于合金鋼》。和論文一起交給皇家學(xué)會(huì)的,還有79塊合金鋼樣品。他煉制的合金鋼當(dāng)中沒有用到錳。這是因?yàn)橹钡?819年,法拉第才從礦物中提取到錳,可能是由于當(dāng)時(shí)獲得錳比較困難,而沒有使用錳來煉制合金鋼。

 

法拉第是第一個(gè)系統(tǒng)研究合金鋼并取得成就的科學(xué)家,他最早提出了向鋼中添加某些元素來增強(qiáng)性能的概念。當(dāng)初拿到他合金鋼樣品的sheiffeld冶煉廠,后來發(fā)明了錳鋼和硅鋼,從而促進(jìn)了鋼鐵冶金的全面發(fā)展。 


合金鋼發(fā)展簡(jiǎn)史


1820-1822年,法拉第往熔化的鋼液里分別加入鉻、鎳、鉑、銘、銅、金、銀、鉑,然后測(cè)試加入這些元素之后,鋼鐵性能的變化。


1868年,未解決碳素工具鋼速度慢和溫度低的問題,英國(guó)人馬希特(R.F.Mushet)研制出高碳高鎢自淬火刀具鋼。進(jìn)過進(jìn)一步改進(jìn),發(fā)展處來大量使用的W18Cr4V1高速鋼(1906年),現(xiàn)在大量應(yīng)用的是M2型高速鋼。


1870年在美國(guó)用鉻鋼(1.52.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度為 158.5米的大橋;稍后,一些工業(yè)國(guó)家改用鎳鋼(3.5%Ni)建造大跨度的橋梁,或用于修造軍艦。


1882年,英國(guó)的Hadfield——現(xiàn)代合金鋼的奠基人,通過研究SiMn對(duì)鋼的影響,研制出高碳高錳奧氏體耐磨鋼,成分至今未變的Hadfield鋼,于1892年應(yīng)用于電車軌道道岔。


1884年,Hadfield又發(fā)明了硅鋼(功能鋼鐵材料),并在1903年制出第一臺(tái)鐵損小的變壓器,


1901年在西歐出現(xiàn)了高碳鉻滾動(dòng)軸承鋼。


1910年又發(fā)展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼,進(jìn)一步把切削速度提高到30/分。


20世紀(jì)20年代以后,不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。


1920年德國(guó)人毛雷爾 (E.Maurer) 發(fā)明了18-8型不銹耐酸鋼。


1929年在美國(guó)出現(xiàn)了Fe-Cr-Al電阻絲。


1939年德國(guó)在動(dòng)力工業(yè)開始使用奧氏體耐熱鋼。


第二次世界大戰(zhàn)以后至60年代,主要是發(fā)展高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的時(shí)代,由于航空工業(yè)和火箭技術(shù)發(fā)展的需要,出現(xiàn)了許多高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼新鋼種,如沉淀硬化型高強(qiáng)度不銹鋼和各種低合金高強(qiáng)度鋼等是其代表性的鋼種。60年代以后,許多冶金新技術(shù),特別是爐外精煉技術(shù)被普遍采用,合金鋼開始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展,又出現(xiàn)了馬氏體時(shí)效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。


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