Znaczenie materiałów metalicznych w historycznych epokach rozwoju i we współczesnej technice i technologii1 - Stanisław Jan Skrzypek, Karol Przybyłowicz

Wśród nowych dyscyplin nauki ukształtowanych i wyodrębnionych z ogólnego obszaru wiedzy w drugiej połowie kończącego się stulecia nauka o materiałach, inaczej inżynieria materiałowa, zajmuje miejsce szczególne. Przedmiotem jej zainteresowań jest bowiem materiał jako tworzywo służące człowiekowi od tysięcy lat do wytwarzania użytecznych przedmiotów: narzędzi, broni, ozdób, sprzętu gospodarczego, elementów budowli, a z czasem maszyn, pojazdów, konstrukcji, elementów elektroniki i informatyki. Materiały, obok źródeł energii oraz zasobów i środków przekazu informacji, stanowią podstawowy czynnik cywilizacyjnego rozwoju ludzkości, ponieważ wywierają bezpośredni wpływ na dostępność pozostałych elementów postępu cywilizacyjnego z uwagi na wykonywane z nich narzędzia. Poszukiwanie tworzyw do zrealizowania wydajniejszych i bardziej złożonych narzędzi stanowiło siłę napędową rozwoju materiałów i wywarło bezpośredni, istotny wpływ na społeczne, ekonomiczne, polityczne i cywilizacyjne przemiany świata. Początki kształtowania się wiedzy dotyczącej materiałów, głównie metali, przypadają na pierwszą połowę XVIII stulecia nowej ery, kiedy użytkowanie materiałów przez człowieka liczyło już tysiące lat, układających się w całe epoki: kamienia, brązu, żelaza. Minęło jednak ponad 200 lat, zanim z początkiem drugiej połowy XX w. człowiek posiadł umiejętność projektowania, wytwarzania i stosowania materiałów o wymaganej strukturze i właściwościach użytkowych - ceramiki, metali czy polimerów. Pozyskiwanie i wytwarzanie materiałów w poprzednich okresach oparte było kolejno na wykorzystaniu: surowców naturalnych, sztuki rzemieślniczej, wynalazków i wiedzy inżynierskiej.

Dla człowieka prehistorycznego dostępne były jedynie tworzywa z naturalnych surowców organicznych i nieorganicznych, jak skóra, drewno, skały, krzemień. Pozyskiwano i przetwarzano je na użyteczne przedmioty dzięki naturalnym umiejętnościom człowieka.

Dokładnie nie wiadomo, który z metali został jako pierwszy poddany obróbce przez człowieka. Wiele danych wskazuje, że był to metal występujący w stanie rodzimym, jak złoto lub miedź. Jednakże istotny postęp nastąpił dopiero po opanowaniu otrzymywania metali z ich rud. Przypuszcza się, że stało się to przypadkowo, około połowy IV tysiąclecia p.n.e. Odtąd człowiek, obok poszukiwań metali w stanie rodzimym, coraz więcej uwagi poświęcał wydobywaniu rud i ich metalurgicznej przeróbce na metale i stopy. W starożytnym Egipcie w III i II tysiącleciu p.n.e. znano już złoto, srebro, miedź, cynę, brąz, ołów, antymon i rtęć.

Miedź jako metal rodzimy występuje w przyrodzie 1000-krotnie częściej niż złoto, które znajdowano w postaci złóż. Jednakże jako materiał na narzędzia miedź pod względem właściwości użytkowych nawet po przekuciu na zimno ustępowała narzędziom z kamienia. Przełom nastąpił dopiero po wytworzeniu stopu miedzi - najpierw z arsenem, a następnie z cyną, który nazwano brązem (stąd epoka brązu).

Ślady wydobywania kopalin miedzi i jej przetwarzania już w VI i V tysiącleciu p.n.e. spotyka się w dolinach rzek Kury i Araxes na Zakaukaziu, we wschodniej Anatolii, Asyrii i Mezopotamii. W IV tysiącleciu p.n.e. na obszarze tym znajduje się ślady świadomego stosowania brązu arsenowego. Zawartość arsenu w brązach najstarszej generacji wynosiła od 0,3 do 3%, a wyjątkowo nawet do 12% mas. Stop ten w stosunku do miedzi miał niższą temperaturę topnienia, a zatem podwyższoną lejność, a po kuciu na zimno - większe umocnienie i trwałość ostrza narzędzi. Na przełomie III i II tysiąclecia p.n.e. brąz arsenowy został zastąpiony brązem cynowym o zawartości do 10% mas. cyny. Na cmentarzu sumeryjskich królów państwa Ur z około 2600 r. p.n.e. wykopano ozdobne przedmioty z brązu zawierającego zarówno arsen, jak i cynę. Również w Środkowej Azji, nad rzeką Indus, oraz w Europie arsen wcześniej niż cyna stanowił domieszkę w miedzi, tworząc brąz.

Cywilizacja epoki brązu zapoczątkowana w połowie III tysiąclecia p.n.e. w Azji Mniejszej i Egipcie ok. 2000 r. p.n.e. objęła cały basen Morza Śródziemnego i Europę Południową, a około 1700 r. p.n.e. również Europę Środkową. Ponieważ złoża rudy cyny były stosunkowo rzadkie i trudno rozpoznawalne, rozwinął się handel tym metalem. Kęsiska metalu - miedzi, cyny, brązu i innych - spełniały często funkcję pieniądza i były głównym przedmiotem wymiany. Cywilizacja epoki brązu, obok licznych zachowanych częściowo do naszych dni dzieł sztuki, stworzyła również budzące podziw budowle i dzieła inżynierskie. Jako przykład może służyć zbudowany około 180 r. p.n.e. przez króla Pergamonu Eumenesa II wodociąg ciśnieniowy. Na górę Hagios-Georgios, gdzie znajdował się zbiornik wodny i osadnik, woda była sprowadzana z gór Madaras systemem ceramicznych rurociągów. Ze zbiornika do górnego miasta Pergamon prowadził wodociąg o długości 3 km. Aby pokonać różnicę wzniesień (ok. 200 m), ciśnienie w rurach wodociągu osiągało 2 MPa. Do tego celu nie wystarczały rury ceramiczne. Użyto zatem rur o długości 1 m, z lanego brązu, osadzanych w blokach skalnych. Wodociągi o tym poziomie ciśnienia wody udało się ponownie zbudować dopiero w czasach nowożytnych.

Zachowane z epoki brązu dzieła sztuki i rzemiosła świadczą o wysokim stopniu znajomości przez różne ludy szczególnych właściwości miedzi i brązu oraz umiejętności ich wykorzystywania. Jednakże już w tej epoce zaczęto wykonywać broń i narzędzia z bardziej przydatnego do tego celu metalu - żelaza. Dotąd nie wiadomo, gdzie i kiedy człowiek po raz pierwszy otrzymał żelazo w większej ilości. Żelazo jako metal było w świecie starożytnym przez długi czas okryte mgłą tajemniczości, gdyż zanim otrzymano je przez redukcję rudy, było pozyskiwane z meteorytów w postaci czystej, z zawartością od 8 do 10% mas. niklu. Sumerowie określali żelazo jako "miedź z nieba", a Egipcjanie nadawali mu zawsze niebieski kolor. Żelazo meteorytowe obrabiano, nadając wyrobom pożądany kształt przez kucie na zimno. Wyroby z żelaza były twardsze i bardziej wytrzymałe. Miecz ze złotą rękojeścią wykonany z żelaza meteorytowego pochodzący z 3100 r. p.n.e. znaleziono w wykopaliskach starożytnego miasta Ur w Mezopotamii. Żelazną klingę ma sztylet znaleziony w słynnym grobowcu Tutenchamona z około 1350 r. p.n.e. Jednakże w większej ilości żelazo z rudy przez redukcję bezpośrednią węglem drzewnym otrzymywano dopiero w połowie II tysiąclecia p.n.e. na południe od Kaukazu. Początek epoki żelaza przypada na lata: na Bliskim Wschodzie ok. 1200 r. p.n.e., w krajach basenu Morza Śródziemnego ok. 1000 r. p.n.e., a w Europie Środkowej - ok. 750 r. p.n.e. Masowe użycie żelaza jako nowego metalu przypada na IV÷II w. p.n.e. Na każdym z tych obszarów granica epoki brązu i żelaza jest bardzo umowna i rozmyta. Pojawienie się żelaza nie oznaczało bowiem zmniejszenia wytwarzania i stosowania brązu, a nawet wręcz przeciwnie - intensyfikowało dotychczasowe osiągnięcia w tym zakresie. Żelazo w II tysiącleciu p.n.e. miało od 15 do 20 razy większą wartość od miedzi i gromadzone było w królewskich skarbcach. W pałacu króla Sargona II (722÷705 p.n.e.) koło Niniwy odkryto skarbiec zawierający 160 ton surowego żelaza.

Chociaż żelazo w stanie płynnym w postaci surówki (żeliwa) otrzymywano już w VI stuleciu n.e. w Chinach, a w X stuleciu n.e. w Górach Harzu, metoda jego otrzymywania na drodze redukcji bezpośredniej dotrwała w mało zmienionej postaci aż do czasów nowożytnych. Proste były również techniki przetwórstwa. Na tej długiej drodze nie brakuje jednak przełomowych i budzących podziw osiągnięć. Zaliczyć do nich należy: żelazne siekiery (700 r. p.n.e.), piły i narzędzia do obróbki drewna oraz nożyce do strzyżenia owiec (500 r. p.n.e.), kowadła i przeciągadła (200 r. p.n.e.). Unikatowym przykładem rękodzielniczego kunsztu pozostaje po dzień dzisiejszy stal damasceńska, świadcząca o wysokich umiejętnościach prowadzenia obróbki cieplno-plastycznej. Innym przykładem jest kolumna Kutub w Delhi, Indie, o wysokości 7,5 m, średnicy 0,4 m i wadze 6 t, wykonana w latach 330÷380 n.e. z żelaznych elementów zgrzewanych w ognisku kowalskim. Czystość i inne właściwości użytego materiału czynią go nierdzewnym w atmosferze wilgotnego powietrza. W Chinach w pierwszym tysiącleciu n.e. opanowano wykonywanie z żeliwa wielkich odlewów, głównie pomników, posągów i przedmiotów kultu. Przykładem może być odlany dzwon o średnicy 3 m, wysokości 4 m i wadze 60 ton. Wysokim kunsztem wykonawczym odznaczają się zachowane z czasów średniowiecza i Odrodzenia okazy broni i zbroi, w tym kolczug tkanych w X w. przez Wikingów.

Z nastaniem czasów nowożytnych powoli zanika wytwarzanie żelaza poprzez bezpośrednią redukcję rudy; pojawia się wielki piec, którego produktem jest surówka - żeliwo, które staje się materiałem dla konstrukcji inżynierskich. Przykładem jest pierwsza w świecie żeliwna konstrukcja mostu zbudowanego w 1779 r. w Anglii, jak również konstrukcja Kristallpalast w Londynie (1851 r.) złożona z 2300 żeliwnych dźwigarów o łącznej masie 3500 t. Żeliwne kolumny i dźwigary znalazły szerokie zastosowanie w budowie dworców kolei żelaznej.

Rewolucyjną zmianę w sposobach otrzymywania żelaza, a ściślej biorąc - stali, przynosi dopiero XIX w. Epokowe wynalazki Henry'ego Bessemera (1856 r.) i Sidney'a Thomasa (1877 r.), Charlesa Williama Siemensa (1863 r.) oraz braci Martin, Pierre'a-Emila i Pierre'a-Dominique'a (1865 r.) stworzyły podstawy nowoczesnej, masowej produkcji stali metodami inżynierskimi. Około 1500 roku produkcja żelaza (stali) w całej ówczesnej Europie nie przekraczała około 60 000 t i tylko nieznacznie wzrosła do początku XIX w. W 1900 roku wyprodukowano w świecie ok. 28 mln. t, w 1950 r. - 192 mln. t, w 1960 r. - 346 mln. t, w 1970 r. - 595 mln. t, 1979 r. - 747 mln. t. Od początku lat siedemdziesiątych XX w. dynamika wzrostu produkcji stali w zachodnich krajach uprzemysłowionych uległa wyraźnemu osłabieniu, co ma związek z głębokimi przeobrażeniami światowego rynku materiałów i tworzyw. Jednakże obecnie wskutek wchodzenia na światowy rynek krajów rozwijających się światowa produkcja stali utrzymuje się w granicach do 800 mln. t/rok. Taką samą wielkość produkcji osiągnęły Chiny w 2017 r. Wprowadzona przez Bessemera i Thomasa metoda konwertorowa umożliwia w ciągu 20 min przerób 20 t surówki na stal. W piecu fryszerskim wymagałoby to 3 tygodni, a w piecu pudlarskim - 1 tygodnia.

Masowy wyrób stali przeobraził gruntownie jej przetwórstwo. Symbolizuje to wieża Eiffla w Paryżu o wysokości 326 m i masie 7000 t, której konstrukcję z walcowanych profili zrealizowano w latach 1887÷1889. Od połowy XIX w. do lat pięćdziesiątych XX w. opracowano pod względem składu chemicznego i technologii przeważającą część znanych grup gatunków stali. Te dwa półwiecza to "era stali", końcowa faza epoki żelaza, która przemija, mimo że stale i inne stopy żelaza nie przestają być podstawowym tworzywem konstrukcyjnym w wielu dziedzinach. Ponad 100-letnia dominacja stali nie zahamowała rozwoju innych materiałów i tworzyw metalicznych. Zyskały na znaczeniu stopy metali lekkich, głównie aluminium, magnezu i tytanu. Zaczęto stosować wysokotemperaturowe stopy niklu i kobaltu, stopy funkcjonalne o szczególnych właściwościach fizycznych i wiele innych. Wzrasta znaczenie miedzi i jej stopów. Z nastaniem "ery stali" pojawiły się nowe, silne bodźce do rozwoju nauki i technologii, w tym przede wszystkim materiałów, pociągające za sobą głębokie przeobrażenia społeczne i cywilizacyjne. Realizuje się zasada: nowy materiał - nowa epoka - nowa technika - nowe możliwości w rozwoju cywilizacyjnym (informatyka, transport, budownictwo, medycyna i inne).

Współczesny stan wiedzy w obszarze szeroko pojętej nauki o materiałach i inżynierii materiałowej ukształtował się jako synteza elementów metalurgii, materiałoznawstwa oraz technologii metali, ceramiki i polimerów, a także wielu dyscyplin podstawowych - fizyki i chemii, krystalografii i mineralogii, matematyki, mechaniki, termodynamiki. Rozwój wiedzy o materiałach był i jest ściśle związany z postępem nauk ścisłych, przyrodniczych i inżynierskich od końca XVIII w., rosnącymi potrzebami i poszukiwaniem coraz to doskonalszych tworzyw dla nowych konstrukcji oraz - co szczególnie ważne - z postępem metod badania składu chemicznego, struktury i właściwości materiałów.

Początek nowoczesnej wiedzy o metalach stanowiła metalografia. Witold Broniewski, profesor Politechniki Warszawskiej, w swym podręczniku Zasady metalografii z 1921 r. napisał:

Nazywamy metalografią całokształt metod używanych do badania stopów. Główne metody, którymi się posługuje metalografia, mianowicie analiza termiczna, metoda chemiczna i mikrografia...

Dowód krystalicznej i komórkowej budowy metali i stopów przeprowadzony przez Florisa Osmonda i J. Wertha (1885 r.) oraz badania porównawcze stopów kilkoma wzajemnie uzupełniającymi się metodami podjęte przez Henriego Louisa Le Chateliera (1885 r.) uważać można za kolejne etapy rozwoju metalografii, która stała się jednym z najlepiej zbadanych działów chemii fizycznej. Rozwój metalografii był możliwy po odkryciu przez Roberta Hooke'a (1665 r.) szkła powiększającego. Zbudowany potem mikroskop wykorzystał w 1722 r. René Antoine Ferchault de Reaumur, który jako pierwszy zbadał ziarnko stali w "olbrzymim powiększeniu" (ok. 150 ×) i zrobił graficzny schemat wewnętrznej budowy stali, którą to budowę określił jako "komórkową".

Wytrawiania stali odczynnikami chemicznymi stosowali w XVIII w. rusznikarze w celu rozpoznania jej jakości. Jean-Jacques Perret (1779 r.) polecał w tym celu kwas azotowy lub skórkę cytrynową, których działanie uwydatnia "prążkowanie" charakterystyczne dla stali damasceńskiej i odróżnia ją od innych stali "mniej cennych". Ta metoda obserwacji została wskrzeszona blisko sto lat później pod nazwą "makrografii", tj. badań makroskopowych. Obserwacji pod mikroskopem powierzchni wypolerowanej i wytrawionej odczynnikami chemicznymi dokonał w Rosji Annosow w 1841 r., a Henry Clifton Sorby (1864 r.) wykonał pierwszą mikrofotografię. Próby te kontynuowali Martenes (1878 r.), Osmond i Werth (1885 r.). Metalograficzne badania mikrostruktury, które są pojmowane obecnie, zapoczątkował Le Chatelier (1990÷1905 r.). Przyczynił się do tego postęp fizyki i podstaw budowy urządzeń optycznych.

Szerokie zainteresowanie budową metali i stopów u schyłku XIX i na początku XX w. wiąże się bezpośrednio z rozwojem metalurgii i ogólnym postępem technicznym. Przed badaczami stanęło aktualne po dzień dzisiejszy zadanie: poznać fizyczną i chemiczną naturę materiału, jego wewnętrzną budowę w szerokiej skali wielkości elementów oraz związek tych cech z użytkowymi właściwościami tworzyw. Celu tego nie można było osiągnąć przez sumowanie pojedynczych odkryć, bez ich syntetycznych uogólnień z wykorzystaniem teoretycznych osiągnięć nauk podstawowych. Przykładem tego jest trwający wiele dziesięcioleci wysiłek badaczy nad opracowaniem układów równowagi fazowej w stopach dwu- i wieloskładnikowych. Obserwacje metalograficzne skłaniały i inspirowały do podjęcia tego zadania, lecz równocześnie rychło okazały się niewystarczające dla strukturalnej i chemicznej identyfikacji składników wewnętrznej budowy stopów metali i określenia warunków ich występowania. Dlatego już we wstępnej fazie rozwoju metalografii podjęto udane próby weryfikacji obserwacji mikroskopowych z wynikami: analizy chemicznej prowadzonej na izolatach, analizy termicznej, pomiarów przewodności elektrycznej i cech termoelektrycznych, rozszerzalności i przewodnictwa cieplnego. Do dzisiaj w pełni aktualne jest stwierdzenie profesora Witolda Broniewskiego wypowiedziane w 1920 r.:

Żadna z metod, służących do ustalenia budowy stopów, nie może sama dać zupełnie pewnych wskazówek; wszystkie one dopełniają się i kontrolują wzajemnie i jedynie zgodność tych wyników może dać nam pewność co do ich trafności.

Alotropię ciał stałych odkryto już w XVIII w., lecz poznanie jej znaczenia dla kształtowania struktury oraz właściwości metali i stopów datuje się od drugiej połowy XIX stulecia. Podwaliny wiedzy o przemianach fazowych w stopach żelaza i o układzie równowagi żelazo-węgiel stworzyli Dimitrij K. Czernow (1861 r.) oraz Floris Osmond (1895÷1900), który odkrył martenzyt jako odrębną fazę w hartowanej stali. Układ żelazo-węgiel przez wiele kolejnych lat i dziesięcioleci był przedmiotem badań. Późniejsze wyniki prac Edgara Baina i E. S. Davenporta (1929 r.) w odniesieniu do kinetyki i mechanizmu przemian przechłodzonego austenitu skorygowały wcześniejsze próby nanoszenia przebiegu przemiany martenzytycznej na układ Fe-Fe3C. Prace te doprowadziły do opracowania początkowo wykresów CTPi, a następnie CTPc dla najważniejszych stali, stwarzając podstawy ich obróbki cieplnej.

Rozwój stopów metali, a ogólnie biorąc materiałów, nie byłby jednak możliwy bez szerokiego oparcia na podstawach teoretycznych. Wpływ na kształtowanie się teorii stopów wywarły postępy wiedzy z zakresu krystalizacji, opartej w XIX w. jeszcze na klasyfikacji kryształów naturalnych na podstawie cech zewnętrznych - oraz teorii dyfuzji (Adolf Fick, 1855 r.). Szczególne znaczenie miało pojawienie się możliwości teoretycznej weryfikacji danych doświadczalnych dotyczących topliwości i krzepnięcia stopów (Hendrik Willem Bakhuis Roozeboom, 1897÷1901) na podstawie reguły faz sformułowanej przez Josiaha Willarda Gibbsa w 1876 r. Wprowadzenie pojęć: potencjału termodynamicznego (Josiah Gibbs, Hermann von Helmholtz), entropii, entalpii i energii swobodnej stworzyło teoretyczną podstawę analizowania kinetyki procesów fazowych, zjawisk krystalizacji i rekrystalizacji oraz procesów wydzieleniowych. Opracowanie podstaw krystalizacji nauka zawdzięcza Gustavowi Tammannowi (1903÷1905), a wytwarzania monokryształów - działającemu w latach międzywojennych na Politechnice Warszawskiej Janowi Czochralskiemu. Osiągnięcie to, łącznie z rozwojem rentgenografii, stworzyło szerokie możliwości badania struktury i właściwości monokryształów, a następnie dzięki opracowaniu techniki oczyszczania metodą strefowego topienia stanowiło punkt wyjścia dla rozwoju przemysłu półprzewodników i elektroniki.

Przytoczone fragmentarycznie fakty wskazują, jak trudna i złożona była droga do współczesnego stanu wiedzy o materiałach, w tym o stopach metali w szczególności. Dopiero po ponad 3 tysiącleciach praktycznego stosowania żelaza i jego stopów człowiek stwierdził, że twardość żelaza jest związana z obecnością w nim węgla, co wykazali w 1799 r. Jean-François Clouet i Louis-Bernard de Morveau, uzyskując stal przez stopienie czystego żelaza z diamentem. Pierwsze systematyczne badania nad topliwością i krystalizacją stopów podjął Frederik Rudberg (1831 r.), który rozróżniał już początek oraz koniec krzepnięcia i stwierdził istnienie stopów eutektycznych, nazwanych jednak "stopami chemicznymi" z uwagi na stałą temperaturę krzepnięcia. Nazwę i definicję stopu eutektycznego podał Frederick Guthrie (1884 r.). Ujawniono obecność zanieczyszczeń i związków międzymetalicznych w metalach (Augustus Matthiessen, 1867 r.) i wykazano, że występująca w mikrostrukturze stali twarda faza nazwana cementytem jest węglikiem żelaza Fe3C (Abel, 1888 r.).

W rozwoju stopów metali szczególnie duże znaczenie miały odkrycia Alfreda Wilma (1906 r.) oraz André Guiniera i George'a Dawsona Prestona (1935 r., tzw. strefy GP) dotyczące procesów przesycania i starzenia, co później przyczyniło się do opracowania stali i stopów utwardzanych dyspersyjnie, m.in. stali maraging i stopów umacnianych wydzieleniami tlenkowymi (stale ODS).

Postęp wiedzy o strukturze materiałów wiąże się również nierozerwalnie z rozwojem teorii i metod badania ich własności. Podstawą współczesnej mechaniki materiałów stały się fundamentalne prace i odkrycia z zakresu teorii sprężystości: Roberta Hooke'a (1660 r.), Thomasa Younga (1807 r.), Augustina Louisa Cauchy'ego (1822 r.) i Maksymiliana Tytusa Hubera (hipoteza energii odkształcenia postaciowego, 1904 r.). Na przełomie XIX i XX w. stosowano już podstawowe badania mechaniczne - wytrzymałości (Kirkaldy, 1862 r.), twardości (Brinell, 1900 r.), udarności (Charpy, 1901 r.). Prace Augusta Wöhlera (1866 r.), Johanna Bauschingera (1886 r.) i Smitha (1911 r.) stworzyły podstawę wiedzy o zmęczeniu materiałów. Jednakże, aż do połowy bieżącego stulecia, wiedza teoretyczna w zakresie mechaniki materiałów znacznie wyprzedzała poziom technik eksperymentalnych.

Prowadzone fizyczne i chemiczne badania materiałów, obok aspektów poznawczych, miały na celu budowę urządzeń pomiarowych, analizę struktury i składu chemicznego, a w dalszej kolejności wytwarzanie materiałów funkcjonalnych. Do znaczących osiągnięć należy m.in. zaliczyć następujące odkrycia: związku przewodnictwa cieplnego i elektrycznego (James. D. Forbes, 1833 r., Gustav Wiedemann i Rudolph Franz, 1853 r.), szeregu napięciowego metali (Alessandro Volta, 1800 r.), termoelektryczności (Thomas Johann Seebeck, 1821 r.), piezoelektryczności (Piotr i Jakub Curie, 1880 r.) i termoelementu (Henri Louis Le Chatelier, 1888 r.), istoty zjawiska rozszerzalności cieplnej (Clavert i Johnson, 1862 r.; Pierre Chevenard, 1914 r.) oraz ferromagnetyzmu (Piotr Curie, 1895 r.). Szczególne właściwości magnetyczne stopów Fe-Ni zostały ujawnione już w 1910 r.

Trudno byłoby wymienić wszystkie odkrycia i dokonania badawcze kształtujące na przestrzeni lat wiedzę o materiałach. Odkrycie promieniowania X (Nikola Tesla, 1887 r., i Wilhelm Konrad Roentgen, 1895 r.) przyczyniło się do powstania wielu metod badawczych i diagnostycznych. Ważną i ciągle rozwijaną była defektoskopia, a obecnie burzliwy rozwój dotyczy komputerowej tomografii rentgenowskiej - pierwotnie zastosowanej do diagnozowania ciała ludzkiego - obecnie także do materiałów i maszyn. Przełomowe znaczenie w badaniach materiałowych miało niewątpliwie odkrycie przez Maksa von Lauego (1912 r.) dyfrakcji promieni rentgenowskich na płaszczyznach atomowych sieci krystalicznej i wykorzystanie tego zjawiska przez Williama Bragga (1913 r.) do potwierdzenia krystalicznej struktury metali, określania orientacji kryształów, identyfikacji faz, roztworów uporządkowanych, badania tekstury i pomiaru naprężeń, co doprowadziło do ukształtowania się nowej dziedziny - rentgenografii strukturalnej lub inaczej krystalografii stosowanej (applied crystallography). Ta dziedzina wiedzy obejmuje badanie orientacji krystalograficznej monokryształów, pomiary parametrów sieciowych komórek elementarnych, jakościową i ilościową analizę fazową, teksturę krystalograficzną, gęstość defektów sieciowych, sprężyste odkształcenia i naprężenia własne oraz rentgenowską spektralną analizę chemiczną. Olbrzymi wkład rentgenowskich metod dyfrakcyjnych miał i ma miejsce obecnie w przypisaniu odkrywanym fazom odpowiednich typów sieci krystalicznych. Na początku XX w. odkrycie dyfrakcji promieniowania X zostało zastosowane w dwóch fotograficznych metodach przy użyciu kamery Lauego i Debay'a-Scherera. Późniejszy rozwój metod dyfrakcyjnych oraz techniki i technologii urządzeń doprowadził do powstania uniwersalnych i dedykowanych dyfraktometrów rentgenowskich.

W okresie dwudziestolecia międzywojennego stworzone zostały podstawy elektronowej teorii metali i mechaniki falowej (Eugene Bloch, Louis de Broglie, Léon Brillouin, Enrico Fermi, Paul Dirac, Albert Einstein, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger), teorii defektów budowy krystalicznej, fizyki odkształcenia plastycznego i pękania oraz granic ziaren (François Frenkiel, Walter Schottky, Taylor, Egon Orowan, John Charles Polanyi, Griffith, Hargreaves, Hill). Wymienione osiągnięcia i wiele innych dały bodziec dla kształtowania się fizyki metali oraz fizyki, chemii i mechaniki ciała stałego, tworząc podstawę nowoczesnego metaloznawstwa i materiałoznawstwa, a z czasem - nauki o materiałach i inżynierii materiałowej. Oznaczało to zakończenie okresu klasycznej metalografii, która odtąd stanowi jedynie fragment znacznie szerzej pojętej wiedzy materiałoznawczej i jeszcze szerszej inżynierii materiałowej.

W Polsce okresu dwudziestolecia międzywojennego metalografia i badania materiałów były prowadzone i rozwijane na uczelniach technicznych Warszawy (Politechnika Warszawska - Jan Czochlarski, Witold Broniewski), Krakowa (AGH - Aleksander Krupkowski, Iwan Feszczenko-Czopiwski, Władysław Łoskiewicz) i Lwowa (Politechnika Lwowska - Stanisław Anczyc, Fryderyk Staub i Maksymilian Tytus Huber). Po wojnie liczba ośrodków zajmujących się badaniem metali i stopów znacznie wzrosła. Między innymi w 1945 r. na Politechnice Śląskiej została utworzona Katedra Metaloznawstwa pod kierownictwem przybyłego ze Lwowa prof. Fryderyka Stauba, ucznia prof. Stanisława Anczyca. W Gliwicach powstały dwa instytuty w branży metalowej: Instytut Metalurgii Żelaza (IMŻ) i Instytut Metali Nieżelaznych (IMN), a w Krakowie - Instytut Metalurgii PAN. Zagadnieniami materiałów metalicznych zajmuje się również Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie, Instytut Obróbki Skrawaniem (obecnie Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania) w Krakowie oraz Instytut Obróbki Skrawaniem w Poznaniu. W latach pięćdziesiątych XX w. powstały także katedry metaloznawstwa na Politechnikach Gdańskiej, Szczecińskiej, Wrocławskiej, Poznańskiej, Łódzkiej i Częstochowskiej. Początkowo były organizowane głównie laboratoria: metalograficzne, obróbki cieplnej, badań chemicznych i fizycznych, które rozwijały szeroką współpracę z przemysłem. W pierwszych latach działalności naukowy warsztat katedr metaloznawstwa opierał się na mikroskopii świetlnej, badaniach chemicznych i mechanicznych, uzupełnianych pomiarami fizycznych właściwości materiałów: rozszerzalności cieplnej, właściwości magnetycznych, elektrycznych i akustycznych z zastosowaniem ultradźwięków. Upowszechnienie badań metalograficznych w Polsce było zasługą doc. Emila Olewicza, który wraz z prof. Fryderykiem Staubem wydali podręcznik Mikroskop metalograficzny [29].

Przełom lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX w. był okresem intensywnych poszukiwań wzbogacenia o nowe możliwości badawcze tradycyjnej metalografii opartej na mikroskopowej obserwacji zgładów polerowanych i trawionych. Rezultatem tych poszukiwań było zbudowanie mikroskopów metalograficznych umożliwiających obserwację powierzchni próbek w świetle spolaryzowanym, kontraście fazowym, kontraście Nomarsky'ego. Zbudowano też mikroskop wysoko temperaturowy w zakresie do 1200°C. W tych rozwiązaniach, wykorzystujących zjawiska polaryzacji i interferencji światła oraz selektywnego odparowywania składników w próżni (trawienie termiczne), zdolność rozdzielcza mikroskopu nie zmienia się, lecz poprzez zmianę barwy lub intensywności odbitego światła ujawniają się i ulegają zróżnicowaniu niewidoczne po trawieniu szczegóły, ułatwiając tym samym ich identyfikację. Światło spolaryzowane okazało się szczególnie przydatne do identyfikacji wtrąceń niemetalicznych w miedzi oraz ujawniania granic ziaren i podziaren w trudno trawiących się metalach i stopach. Podobnie rozwijane są techniki obserwacji w kontraście fazowym, mikroskopii konfokalnej i fluorescencji laserowej.

W latach pięćdziesiątych XX w. zainteresowanie metaloznawców skupiło się na szybko rozwijającej w świecie transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TME). Wprawdzie już w połowie XX w. Peter Bernhard Hirsch z Uniwersytetu w Cambridge prowadził obserwacje cienkich folii przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego, to jednak aż do początku lat sześćdziesiątych w prowadzonych badaniach dominowała technika replik polegająca na odwzorowywaniu reliefu powierzchni.

Nowe jakościowo możliwości badawcze w TME nieosiągalne w obserwacjach topografii powierzchni odwzorowanych na replikach wniosła technika cienkich folii. Powstała możliwość badania wewnętrznej morfologii faz, ich struktury dyslokacyjnej, procesów wydzieleniowych, struktury granic ziaren, zjawisk strukturalnych wywołanych zgniotem i rekrystalizacją oraz innych zjawisk i efektów strukturalnych. Ważnym ośrodkiem badań z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego była Katedra Metaloznawstwa ówczesnego Wydziału Metalurgicznego AGH, która z inicjatywy prof. Stanisława Gorczycy organizowała i organizuje nadal kursy oraz cykliczne konferencje.

Przełomem w interpretacji wielu zjawisk (głównie odkształcenia plastycznego) było odkrycie w latach trzydziestych XX w. dyslokacji jako liniowych defektów kryształów, których ujawnienie było możliwe za pomocą TME na cienkich foliach.

Innymi rodzajami obrazów uzyskiwanych w transmisyjnym mikroskopie elektronowym są obrazy dyfrakcyjne. W nowoczesnych mikroskopach, oprócz konwencjonalnych obrazów SAD (Selected Area Diffraction), uzyskuje sie tzw. obrazy CBED (Convergent Beam Electron Diffraction), które umożliwiają analizę krystalograficzną faz.

Wiele nowoczesnych mikroskopów elektronowych jest wyposażonych w przystawkę do analizy składu chemicznego, również w nanoobszarach. Jest to tzw. spektroskopia EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). W porównaniu z klasyczną spektroskopią WDS (Wavelenght Disprsive Spetroscopy) czas uzyskania widma jest nieporównywalnie krótki (ok. 1 min), a dokładność uzyskanych wyników jest porównywalna. Współczesna mikroskopia elektronowa obejmuje zatem szereg technik, które wzajemnie uzupełniając się, umożliwiają kompleksową analizę struktury badanego materiału.

Równolegle z transmisyjną mikroskopią elektronową rozwija się i doskonali skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM). Pojawienie się tej metody badawczej pod koniec lat sześćdziesiątych XX w. stworzyło szerokie możliwości badania przełomów i zjawisk kruchości w materiałach. Pierwsze prace w tym zakresie pozwoliły na pełną eksperymentalną weryfikację podstaw fraktografii oraz mikromechaniki pękania. Obecnie mikroskop skaningowy i fraktografia stanowią cenne narzędzia w projektowaniu składu chemicznego, pożądanej struktury materiałów i badania mechanizmów pękania. Łącznie z innymi metodami pozwalają określić wpływ poszczególnych czynników strukturalnych i chemicznych na zachowanie się i przebieg pękania w warunkach oddziaływania złożonych obciążeń mechanicznych, cieplnych i korozyjnych, występujących m.in w energetyce, petrochemii i przemyśle chemicznym, gdzie elementy konstrukcyjne są narażone na korozję i kruchość wodorową.

Nowe możliwości oceny wpływu składu chemicznego, procesu metalurgicznego oraz mikrostruktury metali i stopów na zjawiska kruchości stwarza nowoczesny mikroskop skaningowy sprzężony ze spektrometrem rentgenowskim (mikrosondą rentgenowską lub mikroanalizatorem rentgenowskim).

Mikroskopia elektronowa - transmisyjna i skaningowa - wzbogacona o szeroki zestaw działającej w sprzężeniu z mikroskopem aparatury mikroanalitycznej stanowi obecnie bardzo ważne narzędzie badawcze nauki o materiałach. Od końca XIX w., kiedy spektroskop zrewolucjonizował metody analityczne, czułość stosowanych technik i rozwiązań aparaturowych wzrosła od 10-9 g (klasyczna analiza mokra) do 10-16 g (mikroanaliza rentgenowska) i 10-18 g (neutronowa analiza aktywacyjna). Łącznie z rentgenografią strukturalną oraz szeroką gamą metod badań mechanicznych i fizycznych właściwości materiałów metody mikroskopowe i mikroanalityczne stanowią podstawowe narzędzia badania składu chemicznego, struktury i innych właściwości ciał stałych.

W zaistniałej w ostatnich dziesięcioleciach sytuacji mikroskopia świetlna, jako synonim metalografii, nie straciła bynajmniej na znaczeniu. Jej ewolucja poszła w kierunku mikroskopii konfokalnej i rozwoju metalografii ilościowej opartej na stereologii, metodach statystycznych, morfologii matematycznej i specjalnych technikach analizy obrazu. Zagadnienia te znajdują szerokie odbicie w działalności badawczej i w udoskonalaniu warsztatu naukowego. W dotychczasowych pracach przeprowadzono eksperymentalną i teoretyczną ocenę przydatności metod stereologicznych stosowanych do opisu wielkości ziarna materiałów polikrystalicznych. Stworzono podstawy komputerowej symulacji trójwymiarowych struktur ziarnistych oraz określono przydatność wybranych metod stereologicznych do opisu ziaren w modelowych strukturach ziarnistych. Można na przykład opracowywać dla typowych struktur materiałów metalicznych, ceramicznych i kompozytów reguły stosowania metod analizy obrazu na każdym etapie przygotowania struktury do oceny ilościowej. Analizie poddaje się obrazy struktur uzyskiwane zarówno na mikroskopie świetlnym, jak i skaningowym. Przeprowadzone analizy wykazały, że techniki badawcze wykorzystujące widmo promieniowania rentgenowskiego mogą być interesującym narzędziem wspomagającym automatyczne metody metalografii ilościowej. Na szczególną uwagę zasługuje metoda mapowania (tzw. mappingu), w wyniku której otrzymuje się, w zależności od potrzeb i możliwości badawczych spektrometru rentgenowskiego, kilka lub kilkanaście obrazów cyfrowych, w których wartość każdego piksela jest proporcjonalna do zawartości w danym punkcie określonego pierwiastka chemicznego. Obrazy otrzymywane w metodzie mapowania mogą być zatem poddawane tym samym zabiegom modyfikacyjnym, jakim poddawane są klasyczne obrazy wieloodcieniowe. W szczególności możliwe jest, poprzez operację detekcji oraz zastosowanie odpowiednich współczynników korekcyjnych stosowanych w mikroanalizie rentgenowskiej, ujawnianie obszarów o określonej zawartości danego pierwiastka. Przeprowadzenie odpowiednich operacji głównie logicznych na tak otrzymanych obrazach binarnych pozwala zatem określić obszary występowania faz o określonym składzie chemicznym (fazy zmodulowane i uporządkowane). Żadna inna znana metoda tworzenia obrazu nie jest w stanie ujawnić tak subtelnych różnic w strukturze.

Dynamiczny rozwój nauki o materiałach w ostatnich dziesięcioleciach zaowocował pojawieniem się wielu nowych, nieznanych dotąd odmian materiałów o właściwościach nieosiągalnych w tradycyjnych tworzywach. Te nowe materiały określane jako zaawansowane lub nowej generacji są wytwarzane z wykorzystaniem najnowszych osiągnięć nauki i technologii. Ich pojawienie się jest bezpośrednio związane z postępem wiedzy, metod badawczych i kontrolno-pomiarowych oraz z udoskonaleniem technologii syntezy i przetwórstwa materiałów. Równocześnie nie mniej istotne są czynniki leżące poza sferą nauki, jak np. globalizacja wytwarzania, a także kierunki w filozofii nauki i rozwoju w tym cywilizacyjne wyzwania związane z ocieplaniem się klimatu na globie ziemskim. To wszystko stwarza pewne bariery i wyznacza nowe kierunki rozwoju, do których m.in. należy zaliczyć:

1) Rozwój nowych dziedzin nauki i odpowiadających im gałęzi przemysłu, jak: motoryzacja, lotnictwo, kosmonautyka, energetyka jądrowa, petrochemia, elektronika i informatyka oraz innych tworzących zapotrzebowanie na materiały o nieosiągalnych dotąd cechach i właściwościach, zapewniających wykonanym z nich elementom wysoki stopień niezawodności, trwałości oraz stabilności struktury i właściwości; przykładem są materiały stosowane w lotnictwie o wymaganej wysokiej wartości stosunku wytrzymałości do gęstości.

2) Trwająca od połowy XIX stulecia "era stali" stworzyła cywilizację przemysłową, której rozwój uwarunkowany był dostępnością i niską ceną surowców oraz energii i wysoko kwalifikowanej siły roboczej. Kult industrializacji opartej na rozwoju materiało- i energochłonnych gałęzi przemysłu stwarzający problemy społeczne i ekonomiczne doprowadził do ujawnienia "granic wzrostu" na tej drodze. Stwarza to nowe wymagania i ukierunkowanie badań i rozwoju nowych materiałów.

3) Przemysł zbrojeniowy w okresie II wojny światowej w krajach przeżywających trudności surowcowe uwypuklił znaczenie technologii w kształtowaniu właściwości materiałów i ujawnił możliwości pozyskiwania materiałów zastępczych i oszczędnościowych w miejsce tworzyw tradycyjnych. Powoływane do rozwiązywania tych problemów interdyscyplinarne zespoły badawczo-technologiczne przyspieszyły proces przenikania się dyscyplin i ukształtowały jednolite spojrzenie na metale, ceramikę i polimery, tworząc zalążki "przemysłu naukowego".

4) Coraz wyraźniejszy podział wytwarzanych materiałów na konstrukcyjne i funkcjonalne przy wzrastającym znaczeniu i poszerzeniu obszaru zastosowań tej drugiej grupy tworzyw opartych na zaawansowanych technologiach materiałowych. Najważniejszymi grupami materiałów funkcjonalnych (inteligentnych - smart materials) są materiały piezoelektryczne, magnetostrykcyjne, stopy z pamięcią kształtu (shape memory alloys, SMA), ciecze elektro- i magneto-reologiczne (electrorheological fluid, ERF) oraz płyny optyczne.

5) Konieczność spełniania wymogów ekologicznych w procesach wytwarzania i użytkowania materiału narzędzi, wyposażenia, maszyn i urządzeń oraz środków transportowych przy zapewnieniu możliwości utylizacji odpadów produkcyjnych i recyklingu.

6) Coraz większy od połowy lat sześćdziesiątych XX w. udział w ogólnej masie wytwarzanych i użytkowanych materiałów tworzyw ceramicznych i polimerowych przy malejącym udziale metali i ich stopów, a szczególnie stali. Jednak nowe wyzwania ze strony nowoczesnych trendów rozwoju, recyklingu, nowych obszarów techniki (energetyka konwencjonalna, jądrowa i termojądrowa, ogniwa paliwowe, mikro- i nanotechnologie, biotechnologia i biomateriały) stwarzają nowe możliwości dla badań, rozwoju i zastosowań materiałów metalicznych.

7) Pewne grupy materiałów mogą spowodować bariery cywilizacyjne. Przykładem może być nadmierna podaż niektórych materiałów polimerowych i folii aluminiowej. Dodatkowe wadliwe ich użytkowanie (jednorazowe opakowania, naczynia i narzędzia domowe) spowodowało nadmierne zanieczyszczenie środowiska.

Charakterystyczną cechą rozwoju materiałów w ostatnich dziesięcioleciach są szybko (wykładniczo) rosnące wymagania w odniesieniu do właściwości użytkowych w licznych grupach tworzyw i obszarach ich zastosowań. Rozwiązanie tych zagadnień odbywa się drogą ewolucyjną - przez doskonalenie i modernizację istniejących rozwiązań przy pełnym wykorzystaniu potencjalnych możliwości poprawy właściwości tkwiących w składzie chemicznym i strukturze - lub na drodze kreatywnej - przy wykorzystaniu nieznanych dotąd zjawisk fizykochemicznych i strukturalnych oraz zaawansowanych technologii. Przykładem mogą być materiały narzędziowe do obróbki skrawaniem, których wymaganiom co do właściwości nie są już w stanie sprostać tworzywa metaliczne. W ciągu ostatnich 20 lat dzięki technologii nakładania powłok TiN na węgliki spiekane oraz zastosowaniu na narzędzia ceramiki tlenkowej szybkość skrawania wzrosła 5-krotnie. Bardzo obiecujące właściwości w zastosowaniu na narzędzia mają materiał spiekany na bazie Si3N4+TiC oraz sialon.

Wzrost właściwości użytkowych zaznacza się szczególnie w materiałach funkcjonalnych, czego przykładem są materiały magnetycznie twarde na magnesy oparte na związkach międzymetalicznych.

Dzięki doskonaleniu w ostatnich dekadach składu chemicznego i technologii nadstopów niklu możliwe było podwyższanie z każdym rokiem o 7°C temperatury pracy turbiny. Ma to duże znaczenie, gdyż wzrost temperatury pracy o 65°C umożliwia zwiększenie o 20% siły ciągu. W celu uruchomienia wszystkich potencjalnych możliwości poprawy żarowytrzymałości nadstopów niklu na łopatki turbin zoptymalizowano ich skład chemiczny oraz wdrożono technologie oparte na kierunkowej krystalizacji, monokrystalizacji i nakładaniu powłok. Pozwala to na podwyższenie temperatury pracy do 1100°C. Do pracy przy temperaturach powyżej tej granicy i przy oddziaływaniu utleniającej atmosfery niezbędne są tworzywa nowej generacji. Rozwój materiałów opartych na związkach międzymetalicznych umożliwia pozyskanie niekonwencjonalnych tworzyw, m.in. na łopatki turbin.

Istotnym krokiem w rozwoju inżynierii materiałowej było powstanie w XX w. inżynierii powierzchni, której zadaniem jest poprawa odporności powierzchni elementów maszyn na zużycie ścierne lub korozyjne w celu zwiększenia trwałości elementów i narzędzi. Początki tej dziedziny sięgają głębokiej starożytności, gdy stosowano nawęglanie w ognisku kowalskim. Później, już w XIX w., nawęglanie było stosowane na dużą skalę, a na początku XX w. rozwinęło się azotowanie, borowanie i inne obróbki cieplno-chemiczne. Kierunek badań dyfuzyjnych rozwinął się w latach trzydziestych XIX w. w Katedrze Metalografii Akademii Górniczo-Hutniczej, zainicjowany przez Iwana Feszczenko-Czopiwskiego [9] i był kontynuowany także po wojnie. W końcu lat trzydziestych XX w. nastąpił burzliwy rozwój metod obróbki powierzchniowej, takich jak laserowe, plazmowe, implantacyjne, detonacyjne, PVD, CVD i in., opisanych w wielu książkach polskich autorów: Marka Blicharskiego, Tadeusza Burakowskiego i Tadeusza Wierzchonia, Piotra Kuli, Jana Kusińskiego, Andrzeja Jana Michalskiego, Karola Przybyłowicza i innych.

Nowe możliwości dała też metalurgia proszków, która umożliwiła wytwarzanie nowych materiałów o unikalnych własnościach, np. porowatych, kompozytowych (metaliczno-ceramicznych lub węglików spiekanych), a także metali trudno topliwych (wolframu, molibdenu, platyny) oraz intermetalików i spiekanych narzędzi diamentowych. Duży wkład w rozwój tej dziedziny techniki w Polsce miał autor wielu książek prof. Władysław Rutkowski [28].

W XXI stuleciu inżynieria materiałowa wkracza w okres nowych możliwości projektowania, wytwarzania i dostosowywania materiałów do pożądanych właściwości i zastosowań z wykorzystaniem wiedzy teoretycznej, metod badawczych i zaawansowanych technologii materiałowych. Formułowane prognozy wskazują na szybki rozwój nanomateriałów oraz materiałów z gradientem składu chemicznego, strukturalnego (fazowego) i właściwości, nadprzewodników wysokotemperaturowych, półprzewodników, piezoelektryków, tworzyw ceramicznych i węglowych oraz innych materiałów funkcjonalnych i tzw. materiałów inteligentnych. Posłużą one do wytwarzania energooszczędnych źródeł światła, do celów biomedycznych i do zastosowań wysokotemperaturowych, do konstrukcji o podwyższonej ciągliwości, a przede wszystkim do wytarzania szerokiej gamy kompozytów.

Nanomateriały, czyli tworzywa złożone z ziaren o wielkości do 100 nm, osiągają bardzo wysoką twardość i wytrzymałość. Przykładowo, wytrzymałość miedzi ze zmianą wielkości ziarna z 50 ?m do 8 nm wzrasta 5-krotnie, a nanokompozyty na osnowie TiN o wielkości ziarna 4 nm modyfikowane dodatkiem Si3N4 mają twardość 5000 HV. Dobrą prognozę można stawiać nanotechnologiom opartym na nanomateriałach węglowych typu fulereny, grafeny i węgiel szklisty.

Nie można wymienić wszystkich szczegółowych rozwiązań technologiczno-materiałowych prognozowanych w najbliższej przyszłości przez specjalistów. Łatwo jednak dostrzec nową jakościowo tendencję interdyscyplinarnych działań w rozwiązywaniu problemów materiałowych. Przykładem tego są kompozyty konstrukcyjne o budowie wzorowanej na substancjach i materiałach tworzonych przez przyrodę w świecie roślinnym i zwierzęcym, w tym pianki metaliczne i porowate spieki podobne do kości, biologiczne membrany (filtry) o bardzo równomiernym rozmieszczeniu ultramałych porów, nie do osiągnięcia w tradycyjnych procesach technologicznych. Ta dziedzina nauki inspirowana osiągnięciami natury nazywa się biomimetyką, a w odpowiednikiem takich badań w stosunku do roślin jest nanobionika. Wykorzystując osiągnięcia informatyki w inżynierii materiałowej, przewiduje się projektowanie i wytwarzanie elementów konstrukcyjnych z materiałów (np. tworzyw sztucznych) z zabudowanymi czujnikami służącymi do wczesnego ostrzegania o osiągnięciu przez defekty wielkości krytycznej.

Rozwój materiałów konstrukcyjnych szerokiego zastosowania zmierza do rozwiązań zapewniających zmniejszenie gęstości, kosztów wytwarzania i eksploatacji, w tym do osiągnięcia niskiej energochłonności przy spełnieniu wymagań ekologicznych i recyklingu. Ocenia się, że stosowane obecnie tworzywa metaliczne na bazie Fe, Al, Ti, Co, Cu osiągają wytrzymałość do 50% jej wartości teoretycznej, wynikającej z sił wiązania między atomami w sieci krystalicznej. Potwierdza to wytrzymałość uzyskiwana dla monokrystalicznych włókien tych metali (wiskersów). Jest to stosunkowo duża różnica, lecz w przypadku tworzyw polimerowych powszechnie stosowanych ich efektywna wytrzymałość osiąga obecnie zaledwie 5% wytrzymałości teoretycznej. Różnicuje to tym samym perspektywy rozwoju obu grup materiałowych w przyszłości.

Osobną grupą materiałów metalowych są biomateriały zastępujące w medycynie tkanki, organy, kości, zęby lub służą do wyrobu narzędzi chirurgicznych i urządzeń medycznych. Ze względu na dedykowane zastosowanie biomateriałów podlegają one szczególnej trosce pod względem czystości i jakości (zob. rozdz. 25).

Literatura źródłowa i uzupełniająca

[1] Atlas metalograficzny struktur: stal, pr. zb. pod red. F. Stauba, WNT, Warszawa 1964.

[2] Atlas mikrostruktur stali: mikroskop elektronowy, pr. zb. pod red. F. Stauba, Wydawnictwo "Śląsk", Katowice 1970.

[3] Babul W.: Odkształcenie metali wybuchem, PWT, Warszawa 1989.

[4] Beckert M.: Welt der Metalle, VEB Fachbuchverlag, Leipzig 1977.

[5] Broniewski W.: Zasady metalografii, Książnica Polska Towarzystwa Nauczycieli Szkół Wyższych, Lwów 1921.

[6] Burakowski T.: Areologia, Wydawnictwo ITE, Radom 2007.

[7] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali, WNT, Warszawa 1995.

[8] Cahn R.W.: Physical Metallurgy, North-Holland Publishing Company, Amsterdam 1965.

[9] Feszczenko-Czopiwski I.: Metaloznawstwo. Cz. 3. Cementacja żelaza, Wydawnictwo Państwowych Wytwórni Uzbrojenia, Warszawa 1936.

[10] Grabski M.W.: Istota inżynierii materiałowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1995.

[11] Habraken L.: Sur la metallographie electronique, CNRM, Liege 1953.

[12] Hernas A., Maciejny A.: Żarowytrzymałe stopy żelaza, Ossolineum, Wrocław 1989.

[13] Jeglitsch F., Bildstein H.: Werkstoffe heute und morgen. 150 Jahre Montan Universitat Leoben, Akad. Druck- und Verlagsanstalt, Graz 1990.

[14] Jurczyk M.: Nanomateriały, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.

[15] Kula P.: Inżynieria warstwy wierzchniej, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2000.

[16] Kusiński J.: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków 2000.

[17] Lietzmann K.D., Schlegel J., Hensel A.: Metallformung - Geschichte, Kunst, Technik Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1984.

[18] Łoskiewicz W., Orman M.: Układy równowagi podwójnych stopów metali, PWN, Warszawa 1955.

[19] Maciejny A.: Przemiany strukturalne stali Cr-Mo-V i ich wpływ na mechanizm pękania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1968.

[20] Malkiewicz T.: Metaloznawstwo stopów żelaza, PWN, Warszawa 1976.

[21] Mehl r. F. Historical development of physical metallurgy, w: Physical Metallurgy, Cahn r.W. (red.), North-Holland Publishing Company, Amsterdam 1965.

[22] Michalski A.: Fizykochemiczne podstawy otrzymywania powłok z fazy gazowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.

[23] Morel S.: Powłoki natryskiwane cieplnie, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.

[24] Novikov I.: Theory of heat treatment, Izdatielstwo Mir, Moskwa 1978 (tłum. z j. rosyjskiego).

[25] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2001.

[26] Richert M.: Inżynieria nanomateriałów i struktur ultradrobnoziarnistych, Wydawnictwo AGH, Kraków 2006.

[27] Rosiński W.: Implantacja jonów i jej zastosowanie, PAN, Warszawa 1973.

[28] Rutkowski W.: Metalurgia proszków w nowoczesnej technice, Wydawnictwo "Śląsk", Katowice 1963.

[29] Staub F., Olewicz E.: Mikroskop metalograficzny, PWT, Warszawa 1956.

[30] Tomorrow's Materials, Foresight Department of Trade and Industry, UK 1998.

[31] Tyrkiel E.: Wykres żelazo-węgiel w rozwoju historycznym, Ossolineum, Wrocław 1966.

[32] Westbrook J.H.: Applications of intermetallic compounds, MRS Bulletin, 21(5): 26-29, 1996.

Przedmowa do wydania drugiego, zmienionego. Stanisław J. Skrzypek, Karol Przybyłowicz

Znaczenie metali w rozwoju ludzkości

Postęp w inżynierii materiałów stwarza warunki do rozwoju cywilizacyjnego narodów całego świata. Materiały metaliczne były w przeszłości ważnymi, a nawet strategicznymi czynnikami rozwojowymi. W głębokiej przeszłości istniały przecież epoki rozwojowe cywilizacji związane z poszczególnymi metalami. Na przykład, epoka brązu zaczęła się na Bliskim Wschodzie w V tysiącleciu p.n.e. od wynalezienia brązu antymonowego (Cu-Sn i Cu-Sb). Stop ten był następnie stosowany w Egipcie oraz w Indiach (ok. 3400 r. p.n.e.) i w innych rejonach Bliskiego Wschodu. W 2800 roku p.n.e. epoka brązu rozwinęła się w Europie Południowej, a ok. 2200 r. p.n.e. - w Europie Środkowej oraz w Chinach. Antyczny brąz był stopem miedzi z cyną w stosunku 9:1. Nieco później wynaleziono stop miedzi z cynkiem, a w Europie - miedzi z ołowiem oraz miedzi z antymonem. Antyczne brązy i mosiądze stosowano do wyrobu najrozmaitszych narzędzie: siekier, dłut, motyk, sierpów, noży, młotków, mieczy, toporów, a także elementów osłonowych zbroi oraz naczyń domowych i ozdób. Rudy potrzebnych metali wydobywano w kopalniach odkrywkowych.

Epoka żelaza to okres w prehistorii bezpośrednio po epoce brązu. Jej początki datowane są na ok. 1500 r. p.n.e. Najstarsze wyroby z żelaza wykonano na Bliskim Wschodzie z przekuwanych meteorytów. Pierwotnie wytopy żelaza prowadzono w ogniskach otwartych, później - w dymarkach. Geograficzne rzecz ujmując, wyroby żelazne pojawiły się najpierw w Palestynie, potem w Egipcie, na Kaukazie, na Bałkanach i w Europie Południowej. Okres III÷V w. n.e. to epoka żelaza na obszarze Karpat. W Grecji produkcja żelaza rozwinęła się na początku I tysiąclecia p.n.e., a w Europie Środkowej - ok. 750 r. p.n.e. Masowe użycie żelaza przypada jednak na okres IV÷II w. p.n.e., kiedy przez Arystotelesa (w 350 r. p.n.e.) i przez Archimedesa (w 250 r. p.n.e.) zostały sformułowane pierwotne zasady mechaniki, co umożliwiło budowanie bardziej złożonych konstrukcji. Pierwsze ślady wytopu żelaza na ziemiach Polski sięgają VIII w. p.n.e., a w okresie I÷V w. n.e. rozwinęła się produkcja w piecach zwanych dymarkami, które przetrwały aż do średniowiecza. Starożytne hutnictwo żelaza rozwijało się nie tylko w Azji Mniejszej i Europie, lecz także, niezależnie, również w Chinach i Indiach. Z tego okresu pochodzi sławna stal damasceńska, którą zaczęto produkować ok. 300÷200 r. p.n.e. w Indiach i na Sri Lance. Około 900 r. n.e. trafiła ona na Bliski Wschód, m.in. do Uzbekistanu i Turkmenistanu oraz do Damaszku w Syrii, który w owym czasie był największym centrum handlu bronią. Sztabki stali damasceńskiej (stali wootz, wuts lub fulad) służyły do produkcji broni, której jakość ciągle budzi podziw i inspiruje do badań2. W XI wieku w czasie wypraw krzyżowych broń z tej stali trafiła do Europy. Relikty starożytnego hutnictwa żelaza znaleziono też w Afryce Południowej nad rzeką Zambezi.

Można także mówić, że epoka żelaza trwa. Współcześnie bywa nazywana epoką stali i obejmuje okres parowych silników oraz wielkiego uprzemysłowienia. Bardziej współcześnie można mówić o epoce węgla i stali, która przyczyniła się nawet do utworzenia w 1952 r. wielkiego związku polityczno-gospodarczego - Wspólnoty Węgla i Stali. Warto uzmysłowić sobie, że ta wspólnota dała początek trendowi polityczno-gospodarczemu tworzenia i rozwijania Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej zwanej obecnie Unią Europejską. Można wręcz powiedzieć, że materiały stalowe i paliwa węglowe przyczyniły się zarówno do rozwoju cywilizacyjnego, jak i do rozwoju nowych systemów polityczno-gospodarczych świata.

Warto także wspomnieć o roli metali i ich stopów w poszczególnych okresach cywilizacyjnych w aspekcie rozwoju środków płatniczych, czyli pieniądza w postaci monet i "płacideł"3. Środki płatnicze wykonywane były z metali i stopów, a niektóre z nich stanowiły ekwiwalent pieniądza. Metale szlachetne, a szczególnie złoto, znane były od początków rozwoju ludzkości i odegrały ważną rolę w rozwoju pieniądza oraz w jego stabilizowaniu poprzez wprowadzenie tzw. parytetu złota, czyli systemu waluty złotej. W latach 1844÷1939 wartość angielskiego funta i amerykańskiego dolara była oparta na parytecie złota.

Podział metali

Na 118 obecnie znanych pierwiastków chemicznych 91 to metale, a 7 innych ma odmienne cechy charakterystyczne i są nazwane półmetalami. Reszta to gazy.

Ze względu na ich właściwości metale można podzielić na:

Często jest też spotykany podział metali wg grup układu okresowego na tytanowce, wanadowce, chromowce, manganowce, żelazowce itd.

Podstawowy podział pierwiastków metalicznych jest związany z właściwościami i ich okresowością. Ukształtowały się również inne podziały m.in. ze względu na jakąś szczególną właściwość, np. ferromagnetyzm i paramagnetyzm, twardość (materiały super twarde), łatwość tworzenia węglików (metale węglikotwórcze), łatwość tworzenia tlenków (materiały odporne na korozję). Historyczna kolejność rozwoju materiałów metalicznych skutkowała podziałem na stopy żelaza i stopy metali nieżelaznych.

Pewną akceptację w literaturze naukowej zyskał podział na materiały metaliczne i ceramiczne. Chociaż i w przy takim podziale daje się zauważyć wiele cech wspólnych - ten sam opis sieci krystalograficznych, występowanie zjawiska dyfuzji, przemian fazowych itd. Bardzo ważnym i wspólnym dla obu grup materiałów zagadnieniem są kompozyty, których dwie największe grupy składają się z osnowy metalicznej bądź ceramicznej (metal matrix composits i ceramic matrix composits). To wielka, współczesna rodzina materiałów, w której rozwój jest zaangażowana wiedza z wielu pokrewnych dziedzin nauki, m.in. chemii, krystalografii, metalurgii, fizyki, inżynierii mechanicznej, inżynierii powierzchni, tworzących współczesną inżynierię materiałową.

Przyszłość i trendy rozwojowe w inżynierii materiałów metalicznych

Ograniczone zasoby rud metali oraz coraz kosztowniejsze ich pozyskiwanie wymuszają zarówno oszczędne ich stosowanie, jak i wprowadzanie recyklingu. Przyczynia się to również do badań nad jakością i trwałością materiałów metalicznych. Także coraz bardziej ekstremalne warunki zastosowania materiałów - wzrost temperatury eksploatacji maszyn, coraz większe obciążenia i ciśnienia - wymuszają postęp w konstrukcjach i technologiach materiałowych. Skutkiem tych cywilizacyjnych wymuszeń jest ciągły wzrost wytrzymałości, odporności korozyjnej i ogólnie jakości oraz niezawodności materiałów stosowanych w wszystkich dziedzinach techniki, technologii, biotechnologii, medycyny i wielu innych.

Z przedstawionego na początku przedmowy rysu historycznego wynika, że nowy materiał może przyczyniać się do rozwoju, a nawet do skoku cywilizacyjnego. Współczesne maszyny i urządzenia, a także podbój kosmosu oraz rozwój inżynierii biomedycznej to wypadkowa postępu w myśli konstrukcyjnej i inżynierii materiałowej. Można tu przytoczyć akademickie rozważania: czy nowy materiał kreuje nowe zastosowania, czy może poszukiwanie nowego materiału wymuszane jest współczesnymi potrzebami? Brak odpowiedniego materiału do pewnych zastosowań tworzy barierę rozwoju. Przykładem może tu być wielki postęp w geologii, który dokonał się dopiero wtedy, gdy skonstruowano maszynę geologiczną do głębokich wierceń. W maszynie tej rura wiertnicza jest rozwijana ze szpuli (coiled tubing). To postęp w metalurgii stopów żelaza umożliwił produkcję odpowiednich rur i rozpowszechnienie tych urządzeń. Niestety, niektóre grupy materiałów mogą stwarzać zagrożenie nadmiernej eksploatacji środowiska. Już podjęto działania ograniczające produkcję pewnych polimerów przeznaczonych na jednorazowe opakowania i naczynia.

Od pewnego czasu prowadzone są intensywne badania nanomateriałów - materiałów nanostrukturalnych, których elementy mikrostruktury (czy raczej nanostruktury) przyjmują rozmiary rzędu nanometrów(do 200 nm).

Kolejną grupę materiałów, które będą rozwijane, a ich zastosowanie będzie coraz szersze, stanowią pianki metaliczne. Kompozyty z udziałem warstw pianki metalicznej, łącznie ze stopami lekkimi, znajdą zastosowanie w maszynach, urządzeniach transportowych i osłonach kuloodpornych.

Pewne prognozy rozwoju zapowiadają okres zerowego wzrostu gospodarczego, co stwarza kolejne wyzwania dla rozwoju techniki i technologii materiałowych. Wtedy należy się spodziewać ograniczeń ilościowych, a nawet produkcji z ciągle tej samej - jednak jakościowo przetwarzanej - ilości materiałów. Przy respektowaniu coraz wyższej jakości współcześnie istnieją dwie tendencje w produkcji: wytwarzanie coraz trwalszych maszyn, konstrukcji i urządzeń oraz - ze względu na znaczący rozwój technologii recyklingu - wytwarzanie wszelkiego rodzaju dóbr o ograniczonej, ustalonej trwałości. W obu przypadkach ważną rolę odgrywają materiały. W pierwszym przypadku trwałość maszyny w znacznym stopniu jest determinowana trwałością materiałów. W drugim przypadku materiały metaliczne w znacznym stopniu nadają się do recyklingu i poza nielicznymi wyjątkami nie zagrażają środowisku. W wielu dziedzinach możliwy jest 100-procentowy odzysk materiałów z wyeksploatowanych urządzeń. Jednak pozostaje otwarta kwestia, kiedy i w jakim stanie swojego technicznego i eksploatacyjnego życia maszyna powinna być poddana recyklingowi. Takie decyzje powinny być podejmowane na podstawie inżynierskiej analizy przetwarzania eksploatowanej maszyny w nową, uwzględniającej zarówno kwestie ekologiczne, energetyczne, technologiczne, ekonomiczne, a także estetyczne.

O literaturze przedmiotu

W literaturze polskiej istnieją stosunkowo bogate książkowe opisy żelaza i stali4 oraz inżynierii stopów żelaza5. Nawet tak skonstruowane książki w mniejszym lub większym zakresie ujmują opisy metali, a nawet niemetali (jak węgiel, bor, azot) z tytułu stosowania ich jako pierwiastków stopowych. Natomiast książki z zakresu metaloznawstwa czy materiałoznawstwa6 zawierają rozdziały poświęcone stopom żelaza i typowych metali nieżelaznych. Zakres surowcowy i geologiczny poszczególnych metali omówiony został w serii surowce mineralne świata7.

W książkach Leszka A. Dobrzańskiego8 metale i stopy metali są przedstawione całościowo i to ujęcie jest najbliższe praktyce inżynierskiej. Podobne podejście można zauważyć w książce Przetwórstwo metali. Plastyczność a struktura pod red. Eugeniusza Hadasika9 i w książce Tadeusza Szuckiego10.

Natomiast stosunkowo niebogate są książkowe opracowania dotyczące inżynierii stopów metali kolorowych (nieżelaznych). Wyjątek stanowi tu ostatnia pozycja książkowa Leszka A. Dobrzańskiego11, Metaloznawstwo opisowe stopów metali nieżelaznych, i monograficzne opracowanie Tadeusza Karwana12 na temat miedzi, Andrzeja Dziadonia13 o magnezie, Macieja Motyki14 o tytanie oraz Krzysztofa Tubielewicza, Wiktora Błaszczuka i Rościsława Melechowa15 o cyrkonie.

Najstarszą pozycją książkową w języku polskim z zakresu inżynierii i technologii metali była praca Iwana Feszczenko-Czopiwskiego pt. Metaloznawstwo, części 1-3, wydane nakładem Wydawnictwa Państwowych Wytwórni Uzbrojenia w Warszawie w latach 1930- 1936. Wspomnieć tu można również o inż. Janie Czochralskim, którego publikacje z obszaru metalurgii i fizyki ciała stałego - chociaż w języku niemieckim - należą do najczęściej cytowanych. Pierwszy podręcznik Kornela Wesołowskiego na temat metaloznawstwa ukazał się w 1938 r., a w okresie niemieckiej okupacji był wznowiony przez powielanie16. Po II wojnie światowej ukazały się książki Fryderyka Stauba17, Tadeusza Malkiewicza18, a później prace Karola Przybyłowicza19, które dotyczyły ogólnych zagadnień metaloznawczych. Nie było dotychczas książki, która opisywałaby metale kompleksowo: od procesów metalurgicznych ekstrakcji przez odlewnictwo, przetwórstwo do inżynierii ich stopów i zastosowania.

W literaturze anglojęzycznej klasyczną pozycją w tym zakresie jest książka pod redakcją Roberta W. Cahna oraz Petera Haasena20 i wielotomowe opracowanie Metals Handbook. Również ukazały się monograficzne opracowania na temat niektórych metali np. miedzi21.

Chociaż jasno z wymienionej literatury wynika, że obie główne grupy materiałów metalicznych - żelaznych i kolorowych - stanowią jedność, to jednak z wielu powodów ów podział jest respektowany.

Ciągły rozwój stopów metalicznych, ciągłe wyzwania stawiane nowym materiałom i nowym zastosowaniom wymagają nieustannego uzupełniania wiedzy inżynierii materiałowej, ujmowania charakterystyki materiałów w sposób dogodny dla konstruktora z jednej strony, a równocześnie wnoszący inspirację do rozwoju inżynierii materiałowej. Wśród nowych, ważnych materiałów można wyróżnić materiały funkcjonalne, biomateriały, materiały na maszyny do przeróbki produktów spożywczych, na maszyny dla przemysłu farmaceutycznego, dla lotnictwa, na maszyny do poszukiwań geologicznych, na aparaturę chemiczną, dla przemysłu paliwowego dla energetyki itd. Każda dziedzina techniki jest ściśle związana ze specjalną grupą materiałów, które wzajemnie napędzają swój rozwój, co w konsekwencji przyczynia się do postępu cywilizacyjnego. Intensywny rozwój materiałów dla techniki i medycyny obejmuje obecnie takie dziedziny, jak inżynieria biomedyczna, budowa środków transportu, kosmonautyka i energetyka. Aplikacyjny sposób opisu materiałów metalicznych skłania do ujmowania ich w jednolitym systemie technologii metalurgicznych, przetwórczych i charakteryzowania właściwości. Wtedy konstruktorzy dostają informacje o stanie wiedzy na temat współczesnych materiałów i mają możliwość dokonania wyboru optymalnego materiału do zrealizowania współczesnych pomysłów konstrukcyjnych.

O książce

Układ książki jest oparty na pewnej tradycji szkoły krakowskiej. Można tu przypomnieć podręczniki Tadeusza Malkiewicza i Karola Przybyłowicza. Zasadnicze rozdziały merytorycznie dotyczące poszczególnych metali i ich stopów zostały poprzedzone rozdziałami ogólnymi o technologiach i procesach podstawowych z punku widzenia wytwarzania metali i stopów, ich przeróbki i obróbki jak: istota krystalicznej budowy metali, krystalizacja i układy równowagi podwójnej, obróbka plastyczna czy metalurgia proszków. Są one może nieco mniej ważne z punktu widzenia przeglądu oferty materiałowej i charakteryzowania poszczególnych metali, ale są niezbędne dla lepszego rozumienia właściwości metali i stopów, co może się przyczyniać do większej kreatywności Czytelnika w zakresie coraz to nowszych stopów, ciągłego polepszania ich właściwości i coraz nowszych zastosowań. Te wstępne rozdziały przyczyniły się do tego, że oddawaną do rąk Czytelnika książkę można nazywać inżynierią metali i technologii materiałowych. Jest tu przedstawiony pewien zakres zjawisk fizyko-chemicznych dotyczących ciał stałych, są opisane ich właściwości i stosowane operacje technologiczne, które razem ze współczesną techniką dają możliwości projektowania i wykonywania konstrukcji oraz elementów maszyn z coraz lepszych materiałów metalicznych.

Mamy nadzieję, że podręcznik niniejszy wypełni lukę, jaka istnieje na rynku wydawniczym, i przyczyni się do lepszego poznania specyfiki metali i stopów oraz upowszechnienia wiedzy w tej dziedzinie. Powinien też pomóc w bardziej świadomym stosowaniu materiałów metalicznych w praktyce inżynierskiej.

Użytkowników książki prosimy o uwagi dotyczące treści, które można kierować bezpośrednio do autorów lub redaktorów. Będą one uwzględnione przy opracowaniu ewentualnego wznowienia wydawniczego.

Podziękowania

Książka ukazuje sie w jubileuszowym roku 100-lecia powołania Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Wyrazy podziękowania kierujemy do obecnych władz AGH, w szczególności do J.M. Rektora, prof. dr hab. inż. (HC) Tadeusza Słomki, za finansowe wsparcie tego wydania. Redaktorzy przedkładanej książki dziękują wszystkim Autorom poszczególnych rozdziałów za udział w tym przedsięwzięciu. Równocześnie liczymy na kolejne i systematyczne uzupełnienia celem wznowienia wydania. Ta książka, choć obszerna, nie wyczerpuje w pełni założonej tematyki, co sprawia pewien niedosyt, który może być siłą napędową wnoszenia uzupełnień. Z satysfakcją jednak przekazujemy Czytelnikowi książkę, która zgodnie z naszą intencją będzie służyła nie tylko w dydaktyce inżynierii materiałowej, ale też w praktyce inżynierskiej w technice i technologii.

Serdeczne podziękowania kierujemy również do mgr. inż. Kamila Nawojowskiego, mgr. Krzysztofa Chruściela, dr. inż. Adama Bunscha i mgr. inż. Mieczysława Choroszyńskiego za pomoc edytorską, graficzną i za udostępnianie publikacji, a redaktorom Wydawnictwa Naukowego PWN - za cenne uwagi.

Stanisław J. Skrzypek i Karol Przybyłowicz

Przypisy

Znaczenie materiałów metalicznych w historycznych epokach rozwoju i we współczesnej technice i technologii

Przedmowa do wydania drugiego, zmienionego

Rozdział 1

Rozdział 2