Материаловедение — наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связи между их составом, строением и свойствами. Вся история человечества связана с развитием материалов. Именно материалы дали названия целым эпохам: каменный век, бронзовый век, железный век. На ранней стадии развития человечества использовались природные материалы — дерево, кость, камень. Особое место занял камень, из которого изготавливались орудия труда - каменные топоры, каменные ножи. Следует отметить, что именно с помощью камня около 500 тыс. лет назад люди стали добывать огонь. Использование огня для обжига глины при изготовлении предметов домашней утвари породило начало керамической технологии.
На следующем этапе развития цивилизации стали использоваться металлы. Естественно, что сначала применялись те из них, которые встречаются в природе в чистом, самородном виде. Прежде всего это медь, ее использование относят к седьмому тысячелетию до нашей эры. В четвертом тысячелетии до нашей эры начали применять сплавы. Используются изделия из бронзы (сплава меди с другими металлами, в первую очередь с оловом), имеющие лучшие свойства, чем чистая медь. Это означало, что в историю техники вступила технология металлургии.
Важнейшим этапом развития стало использование железа и его сплавов. XIX в. знаменуется появлением и развитием промышленных методов производства стали — конвертерного метода, а к концу века — мартеновского. Сплавы на основе железа и в настоящее время являются основным конструкционным материалом. Промышленное производство не может существовать без научной базы. Именно середину XIX в. следует считать временем зарождения металловедения как науки. В ее развитие большой вклад внесен русскими и советскими, а также иностранными учеными.
Остановимся на важнейших этапах развития науки. Основоположником металловедения является выдающийся русский ученый Д. К. Чернов (1839—1921). Работая на Обуховском заводе, он провел исследования превращений, происходящих при нагреве стали. Результаты этой работы были опубликованы в 1868 г. В ней по цветам каления
стали, определенным визуально, было показано, что существуют температуры, при которых происходят превращения в сталях. Эти температуры были названы критическими
точками (точки Чернова). Именно Д. К. Чернов впервые изобразил очертания важнейших линий диаграммы состояния «железо — углерод». Французский исследователь
Ф. Осмонд (1849—1912), воспользовавшись пирометром, изобретенным Ле-Шателье (1850—1936), определил температуры критических точек, описал характер превращений
при этих температурах и дал названия основным структурам. Спустя 10 лет Д. К. Чернов изложил основы теориикристаллизации сплавов, развитые затем Г. Тамманом
(1861—1938) — чл.-корр. Петербургской Академии наук.
Основоположником металлографии — важнейшего направления металловедения был русский ученый-металлург П. П. Амосов (1799—1851). Он впервые применил микроскоп для изучения структуры сплавов. Немецким ученым А. Мартенсом (1850—1914) и другими были подготовлены и изданы монографии микроструктур сплавов железа и углерода. Важный вклад в теорию науки внес американец Д. Гибсс (1839—1903), который, используя принципы термодинамики, разработал теорию равновесия фаз. На основе этой теории, а также с помощью металлографического анализа рядом ученых (Н. Т. Гудцов (1885—1957), А. А. Байков (1870—1946) —Россия, Р. Аустен (1843—1902) — Англия) было доказано наличие твердых растворов в металлических сплавах. Большой вклад в разработку научных основ металловедения внес Н. С. Курнаков (1860—1941), применивший методы физико-химического анализа для исследования сплавов. Он, в частности, установил закономерности изменения свойств сплавов в зависимости от их типа и химического состава. В. Д. Садовский установил факты измельчения зерна в результате полиморфных превращений, И. Н. Фридляндер разработал сплавы цветных металлов, упрочняемые дисперсионным твердением.
ХХ в. также ознаменован разработкой и применением в металловедении новейших методов исследования структуры материалов — электронного и рентгеновского. Их применение во многом способствовало важнейшим достижениям в области создания новых материалов. В 1960-х гг. был осуществлен промышленный синтез алмаза, а также
созданы синтетические вещества, не встречающиеся в природе, в частности кубический нитрид бора, свойства которого близки к алмазу. В первой половине XX в. появились полимеры — новые материалы, свойства которых резко отличаются от свойств металлов. Полимеры широко применяют в различных областях техники: машиностроении, химической и пищевой промышленности и ряде других областей. Полиэтилен называют полимером, которой позволил выиграть войну, так как его высокие диэлектрические свойства во многом определили эффективность радара.
Развитие техники требует материалов с новыми уникальными свойствами. Для атомной энергетики и космической техники необходимы материалы, которые могут работать
как при весьма высоких температурах, так и при температурах, близких к абсолютному нулю. Компьютерные технологии стали возможными только при использовании
материалов с особыми электрическими свойствами. Таким образом, материаловедение — одна из важнейших приоритетных наук, определяющих технический прогресс.
В XXI в., материаловедение, как и на многих этапах развития цивилизации, стало основой технического прогресса, вызвало техническую революцию. Появилась новая отрасль науки и техники — нанотехника: нанотехнологии и наноматериалы. Нанотехника уже сейчас используется в наиболее важных областях — машиностроении, обороне, информационной технике, радиоэлектронике, энергетике, транспорте, биотехнологии, медицине и т.п.
Перспективы ее развития — создание «бездефектных» высокопрочных материалов, миниатюрных сверхчувствительных датчиков, нанороботов, функциональных материалов с высокой проводимостью и др. В настоящем учебнике рассмотрены теоретические вопросы материаловедения, важнейшие металлические и неметаллические материалы: черные и цветные металлы, технология их термической обработки и свойства; пластмассы, стекло, керамика, композиционные материалы. Даются основные понятия и сведения о наноматериалах, интеллектуальных материалах.
Ориентация настоящего учебника — материаловедение в машиностроении — определила его специфику. В книге рассмотрены место и назначение термической обработки
в типовых технологических процессах изготовления ряда деталей. Такая информация необходима для технологов, разрабатывающих технологические процессы изготовления
деталей, узлов, машин, а также технологов механических, заготовительных и сборочных цехов. Сведения о технологических и эксплуатационных свойствах различных конструкционных материалов, приведенные в учебнике, необходимы и конструкторам, и технологам машиностроительных предприятий. При написании книги был использован большой опыт кафедры Металловедения Московского Технологического университета «Станкин». Эта кафедра имеет славную историю — от научных работ во время Великой Отечественной войны до наших дней. Ее возглавляли в разное время ученые с мировыми именами — А. Н. Минкевич, Ю. А. Геллер, Л. С. Кремнев.