Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

История науки о материалах и технологиях

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 684702.01.99
В пособии представлены сведения по истории науки о материалах и технологиях, о жизни и деятельности ученых и инженеров, внесших значительный вклад в развитие материаловедения и технологии обработки материалов. Рассмотрены способы обработки материалов, особенности их открытия и применения в современной промышленности. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: 150100.62 - «Материаловедение и технологии материалов», 261400.62 - «Технология художественной обработки материалов».
История науки о материалах и технологиях: Учебное пособие / Носков Ф.М., Масанский О.А., Манушкина М.М. - Краснояр.:СФУ, 2016. - 412 с.: ISBN 978-5-7638-3354-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/967279 (дата обращения: 27.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ИСТОРИЯ НАУКИ 
О МАТЕРИАЛАХ И ТЕХНОЛОГИЯХ

Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому 
и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: 150100.62 – «Материаловедение и технологии материалов», 
261400.62 – «Технология художественной обработки материалов», 
№ 521 от 29 июня 2015 г.

Красноярск 
СФУ 
2016

УДК 001.8(07)
ББК  72.3я73
И907

Авторы:
Ф. М. Носков, О. А. Масанский, М. М. Манушкина,  
Ф. Г. Зограф, С. И. Лыткина

Р е ц е н з е н т ы: 
А. Н. Городищева, доктор культурологии, заведующий кафедрой 
рекламы и культурологии ФГБОУ ВО «Сибирский государственный 
аэрокосмический университет имени академика М. В. Решетнева»;
Г. В. Панасенко, доктор философских наук, профессор, заведующий кафедрой управления персоналом ФГБОУ ВО «Сибирский технологический университет»

И907 
 
История науки о материалах и технологиях: учеб. пособие / Ф. М. Носков, О. А. Масанский, М. М. Манушкина [и др.]. – 
Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 412 с.
ISBN 978-5-7638-3354-6

В пособии представлены сведения по истории науки о материалах и технологиях, о жизни и деятельности ученых и инженеров, внесших значительный 
вклад в развитие материаловедения и технологии обработки материалов. Рассмотрены способы обработки материалов, особенности их открытия и применения в современной промышленности.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по 
направлениям подготовки: 150100.62 – «Материаловедение и технологии материалов», 261400.62 – «Технология художественной обработки материалов».

Электронный вариант издания см.: 
УДК 001.8(07)
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 72.3я73

ISBN 978-5-7638-3354-6 
© Сибирский федеральный
университет, 2016

ВВЕдЕНИЕ

История человечества неразрывно связана с материалами. Само 
становление человека как существа разумного стало следствием использования определенных приспособлений, орудий труда, сначала предельно простых, типа поднятой с земли палки или камня, и затем все более 
усложнявшихся. Ясно, что орудия труда изготовлены из определенных 
материалов, а человека-пользователя в первую очередь интересует, какими свойствами обладает этот материал (даже если пользователь и не 
отдает себе отчет в этом, как, очевидно, не задумывался об этом первобытный человек), ведь свойства материала орудия определяют область 
его применения. 
Следовательно, материалы и технологии изготовления орудий 
труда из этих материалов сопровождают человечество на всем протяжении его истории начиная с самых ранних этапов формирования 
человека. Изучению вопросов, связанных со знакомством человека 
с различными материалами, областями их применения и способами 
обработки, посвящен предмет «История развития науки о материалах 
и технологиях».
Целью изучения дисциплины является формирование знаний по 
истории развития науки о материалах и технологиях обработки материалов в различные исторические периоды; знакомство с биографиями известных ученых-материаловедов, технологов и изобретателей; 
изучение перспективных направлений развития материаловедения 
и технологий обработки материалов. Среди возможных задач изучения 
дисциплины необходимо выделить следующие: анализ этапов развития науки о материалах в историческом контексте и рассмотрение ключевых открытий в области материаловедения; знакомство с историей 
возникновения и совершенствования технологических процессов, 
оснастки и оборудования, применяемого для обработки материалов; 
знакомство с материальными памятниками истории науки о материалах и технологиях; анализ деятельности крупнейших ученых и изобретателей. 
Для усвоения дисциплины необходимо, чтобы студент в полном 
объеме прослушал курс «История».
Знание истории науки о материалах и технологиях важно для любого студента технических направлений и позволяет существенно облегчить понимание современных технологических процессов, упрочить 

Введение

знания о материалах и подготовить студентов к изучению специальных 
дисциплин на старших курсах. Готовому выпускнику – в любой инженерной отрасли, связанной с машиностроением, – знание дисциплины 
«История развития науки о материалах и технологиях» поможет принимать грамотные технологические заключения для решения большинства задач.

Глава 1. ИСТОРИчЕСКИЕ пЕРИОды,  
КЛАССИфИКАцИЯ пРОцЕССОВ  
ОбРАбОТКИ МАТЕРИАЛОВ  
И ОСНОВНыЕ МАТЕРИАЛы  
дРЕВНОСТИ И НАШИХ дНЕЙ

Современное представление о наличии определенных этапов развития человечества вообще и технологий обработки материалов как 
части общего развития появилось относительно недавно, в середине 
XIX века.
Сами технологии обработки материалов возникли в первобытные 
времена и совершенствовались тысячелетиями, параллельно с развитием человеческой культуры. 
Основными материалами для изготовления орудий труда, оружия 
последние несколько тысяч лет служили металлы и их сплавы.

1.1. Хронологическая система исторических периодов

В истории человечества можно выделить два принципиально отличных периода – первобытный и период существования сложноорганизованных, классовых обществ. Первый из них длился много сотен тысяч 
лет, второй – относительно недолго. В первобытное время человек стал 
человеком в полном смысле слова, возникла его культура. Коллективы 
людей были небольшими и просто организованными, с примитивным 
бытом, поэтому они и называются первичными – первобытными. Сначала люди, для того чтобы добыть себе пищу, занимались собирательством 
и охотой, пользуясь каменными орудиями. Потом они начали культивировать необходимые растения, разводить домашних животных, строить жилища, создавать поселения. В результате эволюции человеческого общества сформировалась современная нам техническая цивилизация. 
Однако следует иметь в виду, что люди совсем недавно осознали 
факт своего собственного развития и развития общества в целом. Сейчас трудно в это поверить, но чуть менее двухсот лет назад люди считали, что их облик и образ жизни оставался почти неизменным с момента 
появления человека.
В 1816 г. в Дании знатоку древней истории Христиану Томсену 
(1788–1865) было поручено руководство Королевской комиссией по 

Глава 1

охране и содержанию памятников старины, предыдущая деятельность 
которой была неудовлетворительной. Бывший коммерсант решил поставленную перед ним задачу умело и основательно. Созданный его стараниями Национальный музей в Копенгагене – сегодня самый крупный 
и богатый в скандинавских странах. 
Особая заслуга Томсена состояла в последовательной систематизации археологических находок. Распределяя их в хронологическом 
порядке в зависимости от материала, он пришел к привычному теперь 
для нас делению древней истории на три периода: каменный, бронзовый и железный века. Очевидно, что используемые материалы представляют собой важный признак, характеризующий качество и ступень 
развития орудий труда. Для доисторических времен это действительно 
основополагающий и определяющий критерий, но и в более поздние общественно-экономические формации он имел существенное значение.
Такое разделение на эпохи по видам материалов, из которых изготавливали орудия труда, получило признание не сразу, в течение почти 
ста лет эта классификация существовала как одна из гипотез.
В 1859 г. была издана книга Чарлза Дарвина 
«Происхождение видов», в которой не говорилось 
о происхождении человека, но высказывалось предположение, что человек, подобно другим живым существам, тоже мог изменяться, развиваться от более 
простых к более сложным формам. С этого момента 
началась борьба между теми, кто считал возможным 
происхождение человека от обезьяны, и их противниками. Конечно, речь шла не об известных нам 
гориллах, шимпанзе или орангутангах, а о какихто вымерших видах, предках, общих для человека 
и обезьян.
По-видимому, окончательную точку в вопросе развития человека 
и, следовательно, разделения исторических периодов (да и вообще их 
наличия) поставили работы Карла Маркса (1818–1883) и его последователей, идеи которых получили широкое признание в мире начиная со 
второй половины XIX в.
Таким образом, по материалам, из которых люди изготавливали 
орудия, археологи делят историю на три периода: каменный, бронзовый 
и железный века. Самым долгим был каменный век – он начался около 
2,5 млн лет назад, а закончился за 3 тысячи лет до н. э. Бронзовый век 
длился более 2 тысяч лет, а приблизительно I тыс. лет до н. э. наступил 

Чарлз Дарвин  
(1809–1882)

Исторические периоды, классификация процессов обработки материалов...

железный век, в котором живем и мы. Эти века, особенно бронзовый 
и железный, наступили в разных районах Земли не одновременно, где-то 
раньше, где-то позже. Самый долгий период – каменный век – делится на 
несколько эпох: древний каменный век, или палеолит (2,5 млн – 12 тысяч лет до н. э.), средний каменный век, или мезолит (12–8 тысяч лет 
до н. э.), новый каменный век, или неолит (8000–3000 гг. до н. э.).
Итак, большая часть истории человечества приходится именно на 
период первобытности. Для осознания этих цифр прибегают к аналогии. Если этот колоссальный временной период спрессовать до суток, 
то окажется, что в начале суток (в 0 ч) люди, еще сохранявшие признаки 
своих предков-животных, стали делать первые орудия. «Человек выпрямленный», питекантроп, жил между 14 и 19 часами, а древняя разновидность «человека разумного», неандерталец, – между 19 ч и 23 ч 
30 мин. Поздний период каменного века – неолит – начался совсем близко к концу суток, в 23 ч 55 мин. В 23 ч 56 мин начался бронзовый век, 
а государства с их городами, письменностью, постоянно развивающейся 
техникой и сложно организованным обществом появились, да и то лишь 
на крохотных пятачках Земли, всего лишь 3 мин назад.
Однако общую периодизацию истории не вполне верно распространять на историю отдельных областей человеческой деятельности, 
таких как, например, наука и техника. Поэтому развитие технологии обработки материалов будет рассматриваться в рамках четырех основных 
периодов. В основу периодизации (рис. 1.1) положены качественные 
сдвиги в организации труда и развитии технологий обработки материалов (ТОМ), которые опирались на соответствующие открытия в науке.

1 

 
Чарльз Дарвин (1809–1882) 
 
 
 

 
 
Рис. 1.1. Исторические периоды развития технологий обработки материалов 
 

Рис. 1.1. Исторические периоды развития технологий обработки 
материалов

Глава 1

Первый, ранний этап развития техники обработки материалов охватывает период с древнейших времен до XV в. Мы рассмотрим становление древней металлургии и металлообработки. Коснемся также 
неметаллических материалов, применявшихся в различных областях 
материального производства. Техника обработки основывалась в этот 
период исключительно на использовании ручного труда. 
Второй период характеризуется развитием технологии обработки 
материалов в условиях становления мануфактурного производства до 
первой промышленной революции (XV – конец XVIII в.). В этот период 
происходят значительные качественные изменения в развитии технологии обработки материалов, обусловленные как совершенствованием 
самих технологий и техники обработки материалов, так и широким использованием вододействующих двигателей для привода оборудования.
Третий период длился с конца XVIII в. до последней трети XIX в. 
Этот период, характеризующийся становлением капиталистического 
машинно-фабричного производства, отличается значительными качественными изменениями в металлургии и обработке материалов. Под 
влиянием прогресса в области машиностроения, паровой энергетики 
технологии обработки материалов получили широкие возможности для 
дальнейшего совершенствования. Этот период характеризуется строительством крупных промышленных предприятий, созданием мощного 
технологического оборудования. 
Последний, четвертый период характеризует основные технические преобразования в обработке материалов в период с 70-х гг. XIX в. 
до наших дней. Здесь мы рассмотрим крупные технические сдвиги в металлургии и технологиях обработки материалов под влиянием современной научно-технической революции. 

1.2. Классификация технологических процессов  
обработки материалов

Для изучения технологий обработки материалов необходимо рассмотреть классификацию технологических методов обработки материалов. Современная промышленность обладает широкими возможностями и разнообразнейшими способами обработки материалов. Однако 
так было далеко не всегда, и, приводя современную классификацию 
способов обработки материалов, можно невольно ввести изучающего 
нашу дисциплину в заблуждение, так как технологии обработки непре
Исторические периоды, классификация процессов обработки материалов...

рывно совершенствовались и совершенствуются сейчас, и может создаться неверное впечатление о времени возникновения того или иного 
способа обработки материалов. Поэтому упрощенная классификация 
технологий обработки материалов (рис. 1.2) содержит указание на временной рубеж, когда соответствующая технология появилась хотя бы 
в самой простой, зачаточной форме. Тем не менее на соответствующие 
датировки следует смотреть осторожно, так как точное время внедрения 
большей части технологий достоверно не известно и восстанавливается 
с большими погрешностями. Кроме того, многие технологии, такие как 
сварка, появившись в отдаленное время, в течение длительного времени не имели такого большого значения, которое они имеют сейчас, когда техника существенно продвинулась вперед буквально за последние 
100–150 лет. 

Базой современного машиностроения является металлургия. И на 
протяжении большей части истории металлургия остается основой для 
технологического и политического лидерства отдельных государств. 
Металлургия – это группа технологий, основная цель которых – выделение металлов в чистом виде или в виде сплавов друг с другом из руд. 
Металлургия традиционно подразделяется на цветную и черную. 
К черной металлургии относятся различные способы получения 
железа и сплавов на его основе: стали и чугуна. На раннем этапе развития черной металлургии люди научились получать железные заготовки – крицы. Крица представляла собой сгусток железа, пронизанный 

Рис. 1.2. Упрощенная классификация технологий обработки материалов

Технологии  
обработки материалов 

Металлургия

Обработка 
металлов 
давлением 

Литье  
металлов  

Соединение 
металлов 

Обработка 
материалов 
резанием 

Цветная 
3 тыс. до н. э. 

Черная 
V век до н. э. 

Ковка 
с древнейших 
времен 

Штамповка 
V век до н. э. 

Волочение 
с древнейших времен

Прокатка 
XIII век н. э. 

Прессование 
XIX век н. э. 

Клепка 
3 тыс. до н. э.

Пайка 
3 тыс. до н. э.

Сварка 
V век до н. э. 

Глава 1

шлаковыми включениями и кусочками угля. Для очистки и усреднения 
состава крицы после плавки многократно проковывали, в результате 
шлак и инородные включения выдавливались из криц, после чего из 
железных заготовок можно было получать изделия и даже превращать 
заготовки в сталь. Но до XIV в. люди не могли расплавить железо до 
жидкого состояния, так как не могли поднять температуру в металлургических печах до необходимых величин. Только применение механизированного дутья с приводом от водяного колеса позволило нагреть 
железные сплавы до расплавления и в результате получить новый продукт – чугун. В настоящее время возможности металлургии достаточно 
широки и мы можем плавить и чугун, и сталь, и даже железо.
К цветной металлургии относятся различные способы получения любых других металлов и сплавов, кроме тех, в основе которых 
находится железо. Первые шаги в цветной металлургии были сделаны 
раньше, чем в черной, – это была плавка меди, а затем и выплавка бронзы. Собственно, поэтому бронзовый век предшествовал железному.
Обработка металлов давлением (рис. 1.3) относится к древнейшей технологии обработки металлов. Она появилась еще до того, как 
человек научился выплавлять металлы из руд, когда первобытные люди 
находили самородки меди, золота и придавали им форму при помощи 
ударов камня. Такой простейший способ в современной классификации 
называется ковка. Особенность современной ковки, отличающая ее от 
других способов обработки материалов, в том, что она ведется при помощи универсального инструмента – плоских бойков (рис. 1.3, а). Универсальность подразумевает то, что любое изделие, которое мы хотели 
бы получить ковкой, будет обрабатываться при помощи одних и тех же 
бойков. 
Кроме ковки, в современной промышленности широко используется штамповка – технология, внешне похожая на ковку, но имеющая 
множество особенностей и одно принципиальное отличие от ковки: 
штамповка ведется специальным инструментом – штампом (рис. 1.3, б). 
Штамп можно описать как боек (подобный тому, что используется для 
ковки), имеющий на своей поверхности полости. Полость штампа соответствует форме изделия, которое мы хотим получить. Это и является 
специализацией штампа, так как получить на данном штампе можно 
только одно данное изделие, для которого этот штамп предназначен.
Штамповка, в свою очередь, подразделяется на объемную и листовую. Объемная штамповка ведется из нелистовых заготовок, имеющих относительно соразмерные габариты по толщине, длине и ширине.