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金相学与材料学的相关知识 发布时间：2007-8-9 编辑：admin 点击率: 743 1863?年英国的H.?C.?So?rby?(以下简称索氏)?首次用显微镜观察经抛光并腐刻的钢铁试片,?从而揭开了金相学的序幕。他在锻铁中观察到类似魏氏在铁陨石中观察到的组织,?并称之为魏氏组织。后来他又进一步完善了金相抛光技术,?例如把钢样磨成01025?毫米的试片,?并在摄影师的协助下拍摄了钢与铁的显微像,?基本上搞清了其中的主要相,?并对钢的淬火、回火等相变作了到现在看来还基本上是正确的解释。索氏是国际公认的金相学创建人,?特别是在英国和美国,?都在1963年召开了金相学诞生一百周年报告会[4,?5?]?,?纪念索氏在1863?年的发现(索氏在锻铁中观察到魏氏组织的论文发表于1864?年,?但是在他的1863?年7?月28?日的日记中对此已做了记载)。他的姓氏还被用来命名钢中的一种淬火或回火组织——So?rbite,?即索氏体,?但是这个名词现在已基本淘汰了。??????? 索氏在1826?年出生于英国钢城Sheffield?中的一个钢铁世家中,?他的祖先开了两家刀具厂,?他继承了其中之一。不过他生性酷爱自然,?很少过问他的产业,?一直是一个从事地质与金属研究的自由研究工作者[8,?9?]。晚年还热心教育,?任Sheffield?大学的第一任校长。他终生未婚,?以探讨自然奥秘为乐,?共发表论文230?篇,?其中地质方面约100?篇,?金属方面仅15?篇(详细目录见文献[10?])。由此可见他的主要兴趣还是在地质方面。 ?????? 索氏年轻时就对自然界的生物、矿物、地质发生了极大的兴趣,?他在21?岁时发表的论文是“农作物中的硫磷含量”。后来他从一位生物学家那儿学会了使用显微镜观察生物标本及牙、骨等硬物的试片制备方法。这就导致了他后来用显微镜研究岩石从而建立了岩相学(1850?年)?,?当时他才24?岁。这一新鲜事物很快就受到广泛的重视,?推崇他是“显微岩相学之父”,?先后选他当英国地质学会、矿物学会、显微镜学会的主席。但是,?也有一些思想保守的人讥笑他“用显微镜研究山脉”,?坐井观天。但是这并阻挡不了科学向前发展的历史潮流。 ?????? 由于生活在一个钢城的钢铁世家中,?索氏不可避免地会经常接触一些钢铁问题,?如用酸蚀缀饰刀具。到1863?年索氏的岩相研究已经很有成就,?他开始了铁陨石的研究。为了弄清它的显微结构,?他还研究一块瑞典生产的锻铁的显微结构。为了观察不透明的钢铁试片,?索氏采用反射式的垂直照明。可惜当时这件事并未引起钢铁界的注意,?直到二十几年后他被要求重新发表他的1863?年的研究结果,?才受到普遍重视。他在自传式的论文“科学研究五十年”中用嘲笑的口吻说:“在早年,?如果铁路出了一次事故而我建议铁路公司取一段铁轨进行显微镜观察,?恐怕他们会认为我是适合送进教养院去的人”。 ?????? 索氏在钢铁的显微镜观察中发现的主要相是: ?????? (1)?自由铁(1890?年美国著名金相学家Howe命名为Ferrite,?即铁素体)?; ??? ?? (2)?碳含量高的极硬化合物(1881?年Apel?用电化学分离方法确定为Fe3C,?1890?年Howe?命名为Cementite,?即渗碳体)?; ???? ? (3)?由前两者组成的片层状珠状组织Pearly?Constituent?(Howe?命名为Pearlite,?即珠光体)?; ?????? (4)?石墨; ???? ? (5)?夹杂物。 ?????? 他对珠光体的描述非常引人入胜,?我们把他在1886?年的论述中的一段译出如下:“珠状组织中的片层经常很薄,?软的铁片层的厚度约为1/40000?英寸,?硬物为1/80000?英寸,?因此有间距约为1/60000英寸的棱脊和沟漕交替排列。这种特殊组织的唯一能令人满意的解释可能就是;?在高温时铁与碳生成一种稳定的化合物,?在低一些温度下不再稳定,?分解为上述两种物质”。图3?是索氏当年制备并观察过的钢样(现在仍有一些保留在Sheffield?大学)?在1953?年拍的显微像,?放大倍率为500?倍,?与当年索氏使用的560?倍相仿。这就是他当时看到的珠光体,?何等清晰!  图1　索氏当年观察过的珠光体试样;1953?年拍照(×500)?????????实际上,?索氏在上述有关珠光体的描述中就已经引入了高温形成奥氏体及其在低温转变成珠光体的概念,?且看他的进一步论述:“除了上述特殊组织本身的意义外,?我认为它还可能阐明钢的淬火和回火。当钢在红热状态下投入冷水中急冷,?铁与碳在高温生成的稳定化合物在它有足够时间转变之前突然被固定下来,?保留了介于软铁与非常硬而脆的化合物(译者注:?渗碳体之间的性