隨著人類文明的進(jìn)步, 到18世紀(jì)蒸氣機(jī)的發(fā)明, 19世紀(jì)電動機(jī)的出現(xiàn), 大大地推動了金屬材料的快速發(fā)展。到20世紀(jì), 金屬材料已成為結(jié)構(gòu)材料的主體, 同時各種金屬功能材料也不斷涌現(xiàn)。這一百多年來, 人們對金屬材料的生產(chǎn)和研究取得了巨大的成就, 已經(jīng)能夠制造出適應(yīng)各工業(yè)部門發(fā)展所需要的各種各樣性能的結(jié)構(gòu)材料和功能材料, 積累了大量的經(jīng)驗(yàn)資料, 建立和發(fā)展了金屬材料的許多基本理論。人們通過實(shí)踐和總結(jié)發(fā)現(xiàn), 材料的性能與它們的化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝條件有關(guān), 因?yàn)椴煌煞趾筒煌a(chǎn)工藝制造出的金屬材料, 其內(nèi)部組織、 結(jié)構(gòu)是不同的, 所以其性能就會不同。例如人們很熟悉的黃銅是銅和鋅的合金, 當(dāng)鋅含量增加時, 黃銅的強(qiáng)度增加, 電阻率也增加, 這就是由于合金成分的變化, 其組織結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化的緣故。表1-1為幾種黃銅的強(qiáng)度和電阻率。

表1-1 幾種黃銅的強(qiáng)度和電阻率

對于同一成分的合金, 如果熱處理工藝或加工狀態(tài)不同, 其性能也差別很大。又以銅合金為例, 68黃銅在退火狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度約為320 MPa, 但冷變形態(tài)的抗拉強(qiáng)度可達(dá)660 MPa; 鈹青銅QBe1.7在退火狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度僅400 MPa左右, 而經(jīng)淬火時效以后抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 300 MPa以上, 這都是由于加工熱處理狀態(tài)不同, 其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要變化的結(jié)果。

以上簡單的例子說明了材料的性能和它的化學(xué)成分、 加工工藝、 組織結(jié)構(gòu)之間存在十分密切的關(guān)系。人們對生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所積累的大量資料, 經(jīng)過分析、 總結(jié)和系統(tǒng)化, 并進(jìn)一步驗(yàn)證提高, 逐步建立了一門獨(dú)立的學(xué)科——金屬學(xué)(或稱物理冶金學(xué)), 它就是研究金屬材料的化學(xué)成分、 加工制備工藝、 內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、 材料性能以及它們之間關(guān)系的科學(xué)。人們常常把材料的成分(Composition)、 加工制備工藝(Processing)、 組織結(jié)構(gòu)(Structure)、 性能(Properties)稱之為材料的四個基本要素, 并把這四個要素組成一個四面體, 以表示它們之間的相互關(guān)系, 見圖1-1。

圖1-1 材料四要素關(guān)系示意圖