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金相學(xué)的發(fā)展史
閱讀：1258 發(fā)布時(shí)間：2011-1-21
金相學(xué)主要是研究金屬材料組織的一門學(xué)科，其通過對(duì)金屬材料的宏觀和微觀組織的研究不同的結(jié)構(gòu)組份，也即各個(gè)晶體（相）或晶體群（共晶體，共析體等等）的含量、大小、形狀、顏色、位向和硬度。
金相學(xué)發(fā)展
金相學(xué)的研究是隨著分析手段的不斷進(jìn)步，對(duì)金屬的組織結(jié)構(gòu)得到更加深刻的認(rèn)識(shí)，從早期的借助光學(xué)顯微鏡的分析，發(fā)展到現(xiàn)代的電子顯微鏡技術(shù)，大大提高了顯微鏡的分辨能力。電子顯微鏡的zui大特點(diǎn)是分辨率高、放大倍數(shù)高，在光學(xué)顯微鏡下分辨不清的組織，在電子顯微鏡下可一目了然；另外，電子顯微鏡的景深長，這對(duì)于分析斷口十分有利；電子顯微鏡還可進(jìn)行電子衍射，把對(duì)合金相的形貌觀察和結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來，便于鑒定物相；同時(shí)，還可直接觀察晶體的缺陷（層錯(cuò)、位錯(cuò)等）以及某些材料的沉淀過程。可以說電子顯微鏡的出現(xiàn)為金相學(xué)對(duì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
金相學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是金相檢驗(yàn)。金相檢驗(yàn)工作是理論和實(shí)踐性部很強(qiáng)的工作，涉及到檢驗(yàn)人員的理論水平、業(yè)務(wù)素質(zhì)及實(shí)際操作能力，因此，金相檢驗(yàn)的正確判定對(duì)于提高機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量起到至關(guān)重要作用。
金相學(xué)源淵
在1808 年首先將鐵隕石（鐵鎳合金） 切成試片, 經(jīng)拋光再用硝酸水溶液腐刻, 得出的組織。鐵隕石在高溫時(shí)是奧氏體, 經(jīng)過緩慢冷卻在奧氏體的{111}面上析出粗大的鐵素體片, 無須放大, 肉眼可見。四種取向的鐵素體在中都可以觀察到, 其中三種是針狀, 夾角為60°, 另一種是片狀, 平行于紙面。
運(yùn)用印刷技術(shù), 首先用腐刻劑將鐵隕石中的鐵素體腐蝕掉, 使奧氏體凸出。拋光腐刻的鐵隕石本身就是一塊版面, 涂上油墨, 敷上紙張, 輕施壓力, 將凸出的奧氏體印制下來, 圖片之清晰可與近代金相照片媲美。
但是, 試驗(yàn)的更為深遠(yuǎn)的意義還是在科學(xué)方面, 這不僅是宏觀或低倍觀察的開端, 也是顯微組織中取向關(guān)系研究的起始。盡管主要試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)時(shí)并未發(fā)表（直到1820 年才由其合作者發(fā)表）,但已在集會(huì)上宣布并廣為流傳, 鐵隕石的研究風(fēng)行一時(shí)。在這之后的幾十年用各種化學(xué)試劑處理金屬切片表面的試驗(yàn)就在各處流行起來, 對(duì)宏觀金相觀察的發(fā)展有意義的幾樁工作是: （1） 1817 年J. F.Daniell 發(fā)現(xiàn)鉍在硝酸中浸泡數(shù)日后表面出現(xiàn)立方的小蝕坑, 建立了用蝕坑法研究晶粒取向的技術(shù)。
金相學(xué)--低倍檢驗(yàn)技術(shù)
?。?） 1860 年在低碳鋼拉伸試樣表面上觀察到腐蝕程度與基體不同的條帶, 并正確解釋這不是偏析而是由于局部的不均勻切變引起的。
?。?） 1867 年H.T resca 用氯化汞腐蝕顯示金屬部件中的流線 , 說明金屬在加工形變過程中內(nèi)部金屬的流動(dòng)情況。上述試驗(yàn)奠定了宏觀腐刻及低倍檢驗(yàn)技術(shù), 在今天仍然是金屬研究和生產(chǎn)檢驗(yàn)中常使用的方法。
金相學(xué)研究
金相學(xué)研究zui重要的手段是光學(xué)金相顯微術(shù)和電子顯微學(xué)（見金屬和合金的微觀分析）。利用 X射線衍射或電子衍射等進(jìn)行的金屬結(jié)構(gòu)分析和利用各種電子光學(xué)儀器進(jìn)行的金屬微區(qū)成分分析，有時(shí)也包括在金相學(xué)所研究的范疇內(nèi)。研究金屬及合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的學(xué)科。是從19世紀(jì)初開始逐步形成的。金相學(xué)過去曾定義為研究金屬及合金的成分組織結(jié)構(gòu)以及它們同性能之間關(guān)系的科學(xué)隨著這一學(xué)科研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
后來的研究指出, 不但在鋼中并且在許多其它合金中出現(xiàn)。本世紀(jì)二十年代A. Sauveur及周志宏研究過碳含量極低的鐵在淬火后的魏氏組織; 三十年代G. Kurdjumov 及G. Sach s 用X 射線進(jìn)行了的馬氏體相變?nèi)∠蜿P(guān)系的試驗(yàn)。在R.F. M eh l 學(xué)派（包括C. S. Barret t） 在Sauveur 和周志宏的工作啟發(fā)下開展了一系列合金的魏氏組織的研究, 此后取向關(guān)系的測定一直是相變研究中的一個(gè)重要組成部分。
金相學(xué)發(fā)展階段
德國的Adolf Martens 和法國的Floris Osmond 分別在1878 及1885 年獨(dú)立地用顯微鏡觀察鋼鐵的顯微組織。他們都是與鋼鐵生產(chǎn)與使用有關(guān)的工程師。從1880 年起就開始了金相檢驗(yàn)。因此, 他們的金相觀察結(jié)果很快就在冶金界傳播開來, 影響深遠(yuǎn), 在德國及法國甚至有一些學(xué)者還認(rèn)為他們也是金相學(xué)的創(chuàng)始人。在十九世紀(jì)的六十到八十年代, 三個(gè)杰出的科學(xué)家分別在三個(gè)國家獨(dú)立地開始了鋼鐵的金相觀察。
一方面與蔡司光學(xué)儀器廠合作設(shè)計(jì)適于金相觀察的顯微鏡（這對(duì)金相技術(shù)的普及推廣起了很大的作用） ,另一方面對(duì)鋼鐵的金相進(jìn)行了大量的系統(tǒng)研究, 發(fā)現(xiàn)了低碳鋼的時(shí)效變脆現(xiàn)象。由于他過于強(qiáng)調(diào)觀察細(xì)節(jié), 論文有時(shí)顯得煩瑣, 在理論分析方面建樹不多。但是, 在改進(jìn)和推廣金相技術(shù)方面起了很大的作用。 金相檢驗(yàn)是zui重要的檢驗(yàn)方法之一, 其重要性決不亞于化學(xué)成分分析。到本世紀(jì)初不少鋼廠都有了金相檢驗(yàn)室。
金相檢驗(yàn)結(jié)果
首先, 在實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面他不限于金相觀察, 而是把它與熱分析、膨脹、熱電動(dòng)勢、電導(dǎo)等物理性能試驗(yàn)結(jié)合起來。這在當(dāng)時(shí)不能不說是一種創(chuàng)舉,把金相技術(shù)擴(kuò)大到更廣泛的范疇里去, 這在后來已成為金屬學(xué)的傳統(tǒng)研究方法了。其次, 在理論分析方面他也不限于顯微組織結(jié)構(gòu), 而是把它與化學(xué)成分、溫度、性能結(jié)合在一起, 注意研究它們之間的因果關(guān)系。換句話說, 他把金相學(xué)從單純的顯微鏡觀察擴(kuò)大、提高成一門新學(xué)科。從這個(gè)角度來看,Osmond的貢獻(xiàn)是非常的。
Osmond 在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上精益求精, 是他拍攝的珠光體的高倍顯微像, 就是在今天用*的實(shí)驗(yàn)儀器與照相器材, 要達(dá)到這么高的水平也非易事。
到了上世紀(jì)末或本世紀(jì)初, 金相學(xué)就已經(jīng)成為一門新興的學(xué)科了，對(duì)金相學(xué)的普及推廣也起了重要的作用。
金相學(xué)功能
1、采集圖像，可通過數(shù)字CCD攝象頭等設(shè)備捕獲圖像，也可從文檔中打開圖像或從剪貼板中粘貼圖像，任何格式存儲(chǔ)的圖像均可用該軟件進(jìn)行分析；
2、可按照美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)（GOST）和標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，對(duì)金屬圖像進(jìn)行下列全自動(dòng)分析：
①按照ASTM E 1382-97，E 930-92，ISO 643和GOST 5639-82標(biāo)準(zhǔn)，分析平均顆粒大小和zui大顆粒大小；
?、谙辔环治?；
?、劢饘賰?nèi)含物或第二相位構(gòu)成分析（按照ASTM E 1245-95和GOST 1778-70標(biāo)準(zhǔn)）；
?、荑T鐵中石墨顯微結(jié)構(gòu)分析（按照ASTM A 247-67和GOST 3443-87標(biāo)準(zhǔn)）；
⑤鋼鐵樣品的脫碳深度分析（按照ASTM 1077-91， GOST 1763-68和ISO 3887-77標(biāo)準(zhǔn)）；
?、薇砻婧头謱訙y量。
3、通過與標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)具）結(jié)構(gòu)對(duì)比的方法，分析金屬結(jié)構(gòu)；
4、分析圖像、各種數(shù)據(jù)和圖表儲(chǔ)存于專業(yè)圖像數(shù)據(jù)庫中；
5、生成打印報(bào)告，包括圖像、數(shù)據(jù)和文字等內(nèi)容；
6、圖像亮度、對(duì)比度和銳化等調(diào)節(jié)，改善質(zhì)量；
7、圖像注釋（圖表和文字等）；
8、可手動(dòng)或半自動(dòng)對(duì)圖像進(jìn)行各種測量。
金相學(xué)發(fā)展
金相學(xué)的研究是隨著分析手段的不斷進(jìn)步，對(duì)金屬的組織結(jié)構(gòu)得到更加深刻的認(rèn)識(shí)，從早期的借助光學(xué)顯微鏡的分析，發(fā)展到現(xiàn)代的電子顯微鏡技術(shù)，大大提高了顯微鏡的分辨能力。電子顯微鏡的zui大特點(diǎn)是分辨率高、放大倍數(shù)高，在光學(xué)顯微鏡下分辨不清的組織，在電子顯微鏡下可一目了然；另外，電子顯微鏡的景深長，這對(duì)于分析斷口十分有利；電子顯微鏡還可進(jìn)行電子衍射，把對(duì)合金相的形貌觀察和結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來，便于鑒定物相；同時(shí)，還可直接觀察晶體的缺陷（層錯(cuò)、位錯(cuò)等）以及某些材料的沉淀過程。可以說電子顯微鏡的出現(xiàn)為金相學(xué)對(duì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
金相學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是金相檢驗(yàn)。金相檢驗(yàn)工作是理論和實(shí)踐性部很強(qiáng)的工作，涉及到檢驗(yàn)人員的理論水平、業(yè)務(wù)素質(zhì)及實(shí)際操作能力，因此，金相檢驗(yàn)的正確判定對(duì)于提高機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量起到至關(guān)重要作用。
金相學(xué)源淵
在1808 年首先將鐵隕石（鐵鎳合金） 切成試片, 經(jīng)拋光再用硝酸水溶液腐刻, 得出的組織。鐵隕石在高溫時(shí)是奧氏體, 經(jīng)過緩慢冷卻在奧氏體的{111}面上析出粗大的鐵素體片, 無須放大, 肉眼可見。四種取向的鐵素體在中都可以觀察到, 其中三種是針狀, 夾角為60°, 另一種是片狀, 平行于紙面。
運(yùn)用印刷技術(shù), 首先用腐刻劑將鐵隕石中的鐵素體腐蝕掉, 使奧氏體凸出。拋光腐刻的鐵隕石本身就是一塊版面, 涂上油墨, 敷上紙張, 輕施壓力, 將凸出的奧氏體印制下來, 圖片之清晰可與近代金相照片媲美。
但是, 試驗(yàn)的更為深遠(yuǎn)的意義還是在科學(xué)方面, 這不僅是宏觀或低倍觀察的開端, 也是顯微組織中取向關(guān)系研究的起始。盡管主要試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)時(shí)并未發(fā)表（直到1820 年才由其合作者發(fā)表）,但已在集會(huì)上宣布并廣為流傳, 鐵隕石的研究風(fēng)行一時(shí)。在這之后的幾十年用各種化學(xué)試劑處理金屬切片表面的試驗(yàn)就在各處流行起來, 對(duì)宏觀金相觀察的發(fā)展有意義的幾樁工作是: （1） 1817 年J. F.Daniell 發(fā)現(xiàn)鉍在硝酸中浸泡數(shù)日后表面出現(xiàn)立方的小蝕坑, 建立了用蝕坑法研究晶粒取向的技術(shù)。
金相學(xué)--低倍檢驗(yàn)技術(shù)
?。?） 1860 年在低碳鋼拉伸試樣表面上觀察到腐蝕程度與基體不同的條帶, 并正確解釋這不是偏析而是由于局部的不均勻切變引起的。
?。?） 1867 年H.T resca 用氯化汞腐蝕顯示金屬部件中的流線 , 說明金屬在加工形變過程中內(nèi)部金屬的流動(dòng)情況。上述試驗(yàn)奠定了宏觀腐刻及低倍檢驗(yàn)技術(shù), 在今天仍然是金屬研究和生產(chǎn)檢驗(yàn)中常使用的方法。
金相學(xué)研究
金相學(xué)研究zui重要的手段是光學(xué)金相顯微術(shù)和電子顯微學(xué)（見金屬和合金的微觀分析）。利用 X射線衍射或電子衍射等進(jìn)行的金屬結(jié)構(gòu)分析和利用各種電子光學(xué)儀器進(jìn)行的金屬微區(qū)成分分析，有時(shí)也包括在金相學(xué)所研究的范疇內(nèi)。研究金屬及合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的學(xué)科。是從19世紀(jì)初開始逐步形成的。金相學(xué)過去曾定義為研究金屬及合金的成分組織結(jié)構(gòu)以及它們同性能之間關(guān)系的科學(xué)隨著這一學(xué)科研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
后來的研究指出, 不但在鋼中并且在許多其它合金中出現(xiàn)。本世紀(jì)二十年代A. Sauveur及周志宏研究過碳含量極低的鐵在淬火后的魏氏組織; 三十年代G. Kurdjumov 及G. Sach s 用X 射線進(jìn)行了的馬氏體相變?nèi)∠蜿P(guān)系的試驗(yàn)。在R.F. M eh l 學(xué)派（包括C. S. Barret t） 在Sauveur 和周志宏的工作啟發(fā)下開展了一系列合金的魏氏組織的研究, 此后取向關(guān)系的測定一直是相變研究中的一個(gè)重要組成部分。
金相學(xué)發(fā)展階段
德國的Adolf Martens 和法國的Floris Osmond 分別在1878 及1885 年獨(dú)立地用顯微鏡觀察鋼鐵的顯微組織。他們都是與鋼鐵生產(chǎn)與使用有關(guān)的工程師。從1880 年起就開始了金相檢驗(yàn)。因此, 他們的金相觀察結(jié)果很快就在冶金界傳播開來, 影響深遠(yuǎn), 在德國及法國甚至有一些學(xué)者還認(rèn)為他們也是金相學(xué)的創(chuàng)始人。在十九世紀(jì)的六十到八十年代, 三個(gè)杰出的科學(xué)家分別在三個(gè)國家獨(dú)立地開始了鋼鐵的金相觀察。
一方面與蔡司光學(xué)儀器廠合作設(shè)計(jì)適于金相觀察的顯微鏡（這對(duì)金相技術(shù)的普及推廣起了很大的作用） ,另一方面對(duì)鋼鐵的金相進(jìn)行了大量的系統(tǒng)研究, 發(fā)現(xiàn)了低碳鋼的時(shí)效變脆現(xiàn)象。由于他過于強(qiáng)調(diào)觀察細(xì)節(jié), 論文有時(shí)顯得煩瑣, 在理論分析方面建樹不多。但是, 在改進(jìn)和推廣金相技術(shù)方面起了很大的作用。 金相檢驗(yàn)是zui重要的檢驗(yàn)方法之一, 其重要性決不亞于化學(xué)成分分析。到本世紀(jì)初不少鋼廠都有了金相檢驗(yàn)室。
金相檢驗(yàn)結(jié)果
首先, 在實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面他不限于金相觀察, 而是把它與熱分析、膨脹、熱電動(dòng)勢、電導(dǎo)等物理性能試驗(yàn)結(jié)合起來。這在當(dāng)時(shí)不能不說是一種創(chuàng)舉,把金相技術(shù)擴(kuò)大到更廣泛的范疇里去, 這在后來已成為金屬學(xué)的傳統(tǒng)研究方法了。其次, 在理論分析方面他也不限于顯微組織結(jié)構(gòu), 而是把它與化學(xué)成分、溫度、性能結(jié)合在一起, 注意研究它們之間的因果關(guān)系。換句話說, 他把金相學(xué)從單純的顯微鏡觀察擴(kuò)大、提高成一門新學(xué)科。從這個(gè)角度來看,Osmond的貢獻(xiàn)是非常的。
Osmond 在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上精益求精, 是他拍攝的珠光體的高倍顯微像, 就是在今天用*的實(shí)驗(yàn)儀器與照相器材, 要達(dá)到這么高的水平也非易事。
到了上世紀(jì)末或本世紀(jì)初, 金相學(xué)就已經(jīng)成為一門新興的學(xué)科了，對(duì)金相學(xué)的普及推廣也起了重要的作用。
金相學(xué)功能
1、采集圖像，可通過數(shù)字CCD攝象頭等設(shè)備捕獲圖像，也可從文檔中打開圖像或從剪貼板中粘貼圖像，任何格式存儲(chǔ)的圖像均可用該軟件進(jìn)行分析；
2、可按照美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)（GOST）和標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，對(duì)金屬圖像進(jìn)行下列全自動(dòng)分析：
①按照ASTM E 1382-97，E 930-92，ISO 643和GOST 5639-82標(biāo)準(zhǔn)，分析平均顆粒大小和zui大顆粒大小；
?、谙辔环治?；
?、劢饘賰?nèi)含物或第二相位構(gòu)成分析（按照ASTM E 1245-95和GOST 1778-70標(biāo)準(zhǔn)）；
?、荑T鐵中石墨顯微結(jié)構(gòu)分析（按照ASTM A 247-67和GOST 3443-87標(biāo)準(zhǔn)）；
⑤鋼鐵樣品的脫碳深度分析（按照ASTM 1077-91， GOST 1763-68和ISO 3887-77標(biāo)準(zhǔn)）；
?、薇砻婧头謱訙y量。
3、通過與標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)具）結(jié)構(gòu)對(duì)比的方法，分析金屬結(jié)構(gòu)；
4、分析圖像、各種數(shù)據(jù)和圖表儲(chǔ)存于專業(yè)圖像數(shù)據(jù)庫中；
5、生成打印報(bào)告，包括圖像、數(shù)據(jù)和文字等內(nèi)容；
6、圖像亮度、對(duì)比度和銳化等調(diào)節(jié)，改善質(zhì)量；
7、圖像注釋（圖表和文字等）；
8、可手動(dòng)或半自動(dòng)對(duì)圖像進(jìn)行各種測量。