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    材料熱處理技術發展史

      作者:唐 電、樊東黎

      1)唐電 福州大學教授,福建省熱處理學會理事長,全國熱處理學會理事

      2)樊東黎 教授級高工,全國熱處理學會榮譽理事長、中國熱處理行業協會榮譽理事

     

      1、中國古代的熱處理

      材料熱處理在中國有悠久的歷史。 與世界其他地區相比,中國古代熱處理技術的發展有 明顯的區域特色,在某些方面中國的熱處理技術落后于其它地區,但也有許多發明和技術在世界 熱處理史上處于遙遙領先的地位,其中不少成果還傳播到了世界各地,對世界熱處理技術的進步 起到了直接的促進作用。

      我國材料熱處理技術的發展,同其它技術類似,傳統的熱處理技術經歷過從萌芽、建立、發展、鼎盛到衰弱,最后是現代技術的引入、消化和發展的過程。參考我國古代的分期,可以認為,在遠古時期,我國的熱處理已經開始出現萌芽,在上古時期,我國傳統熱處理技術開始初步建立;到中古時期,我國傳統的熱處理技術進一步發展;在近古時期,我國傳統熱處理技術達到鼎盛,在近現代時期,我國的傳統熱處理技術逐漸衰弱,同時現代技術開始建立和發展。

      在遠古時期,我國的熱處理已經出現萌芽。古代熱處理技術發展的基礎是火?;鸬睦檬遣荒懿惶岬?。在舊石器時代,火主要被用于取暖照明烹飪和驅趕野獸。中國古人類在用火方面素有傳統。最遲在46萬年前的北京猿人時期,我們的祖先已學會了用火。已有的考古資料表明,北京周口店山頂洞人居住的洞穴中發現的灰燼,是世界公認的具有典范的人類用火的最早遺跡之一[1]。中國古代先民將火用于材料熱處理是從新石器時代開始的。 在新石器時代早期,古代先民在勞動和生活中,經常與泥土打交道,發現泥土與適量的水混合后,就會有粘性和可塑性,可以用手隨意地塑造成各種形狀。泥坯涼干變硬,可盛東西,但泥器怕水。過火的泥坯不怕水,這可能是源于一次偶然的發現。從此開始,由于火,由于熱處理,使粘土轉變為經久、耐火、耐水的陶器。這是人類自覺進行熱處理最早事例。根據現有考古資料表明,我國陶器出現在距今7千~1萬年以前,它是世界上最早出現的陶器。經測定早期的陶器大都經歷 750~1000℃溫度左右的熱處理,這使得泥坯中的石英、云母、長石等粘土礦物發生高溫轉變。此后,人們對陶器的選料和燒成條件不斷實踐,使我國早期的陶瓷工藝遠遠領先于世界其它地區[2,3]。普通泥質陶具容易破碎,我國先民又發明了在泥土中加入一定量的砂,由于在粘土中加砂燒制成夾砂陶器,使材質的膨脹系數降低,抗冷熱穩定性大大提高。 夾砂陶器在很多新石器時代的遺址均有發現。

      在夏朝和商朝時期,我國古代先民也開始認識金屬、加工金屬以及冶鑄金屬。人類應用銅的歷史可追溯到公元前7250年以前[4]。退火工藝的發明應該說是人類金屬熱處理的開端。研究表明早期的銅及其合金不經過退火是不適宜進行大形變量加工的[5]。銅及其合金容易發生加工硬化,中間退火產生再結晶使銅合金軟化,以便進行進一步的加工,這一技術以后廣泛應用于制造兵器和生活器具[6]。國外采用鍛造和退火的工藝對青銅進行加工處理很早就已經出現[7]。中國古代先民應用銅及其合金的歷史要晚于兩河流域。根據發掘出的早期器物,有的認為我國約于公元前5千年已有冶金術的萌生[8]。迄今所知的中國最早的金屬遺物是臨潼姜寨屬仰韶文化半坡類型一期遺址發掘的銅片、管。此外,還有山東大汶口文化遺址出土的距今約6000年的紅銅屑和遼寧建平出自牛河梁紅山文化遺址的紅銅環等??梢哉J為在大約公元前7千年至第三千紀出現的遠古的金屬遺物已經表明金屬技術在這塊土地上開始萌生。尤其是公元前3千年后半葉的龍山文化時期,中國有關的出土銅器有11類50多件。龍山文化時期的銅器都屬于刀、錐、鑿、鉆一類的小件工具和飾物,其成形方法用鑄造或鍛造,有的刃具在加工中可能經過退火處理[9]。原北京鋼鐵學院冶金史組[10]對由甘肅永靖秦魏家遺址出土的約公元前1700年的青銅錐的分析表明,其基體組織為再結晶固溶體,晶粒粗大,α+δ共析組織沿加工方向變形,很明顯該組織經歷過再結晶退火。古代兵器如劍、戢、斧、戈等,需要進行鍛打成鋒刃,為防止鍛造過程中的開裂,須采用鍛間退火處理。“鍛乃矛戈”是商周時期有關制作兵器的記載,有效地應用退火技術,才能制作出制型復雜、鋒利異常的寶劍。

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