培训中心 物理检验工培训教材 3 金相高倍分析基础知识.doc

PAGE PAGE 62 第三篇 金相高倍分析基础知识 第一章 金相学的发展 第一节 金相试验发展简史 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0。1025?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的相，?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，他的姓氏还被用来命名钢中的一种淬火或回火组织——Sorbite，?即索氏体，?但是这个名词现在已基本淘汰了。? 索氏于1850?年建立了岩相学。索氏在钢铁的显微镜观察中发现的主要相是： 自由铁(1890?年美国著名金相学家Howe命名为Ferrite，?即铁素体)?； 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)?； ?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)见图1-1-1?； 石墨； ?夹杂物。 珠光体、马氏体?? 图1-1-1索氏当年观察过的珠光体试样；1953?年拍照(×500) ?????索氏一个人在不太长的时间里，?作为副业(主业是地质岩相研究)?，?基本上弄清楚钢铁的显微组织与热处理过程中的相变，?不能不说是一件非常伟大的成就。此外，?他还讨论了晶粒、再结晶、形变中晶粒的变化等。人们把他作为金相学的奠基人是再恰当也没有的了。 Aloysvon Widmanstabtten (以下简称魏氏) 在1808 年首先将铁陨石(铁镍合金) 切成试片， 经抛光再用硝酸水溶液腐刻， 得出图1-1-2的组织。铁陨石在高温时是奥氏体， 经过缓慢冷却在奥氏体的面上析出粗大的铁素体片， 无须放大， 肉眼可见。四种取向的铁素体在图1 中都可以观察到， 其中三种是针状， 夹角为60°， 另一种是片状， 平行于纸面。那时照像技术仍未出现，魏氏用印刷技术， 首先用腐刻剂将铁陨石中的铁素体腐蚀掉， 使奥氏体凸出。抛光腐刻的铁陨石本身就是一块版面， 涂上油墨， 敷上纸张， 轻施压力， 将凸出的奥氏体印制下来。 但是， 魏氏试验的更为深远的意义还是在 科学方面， 这不仅是宏观或低倍观察的开端， 也是显微组织中取向关系研究的起始。尽管 魏氏的主要试验结果当时并未发表(直到1820 年才由其合作者发表)，但已在集会上宣布并 广为流传， 铁陨石的研究风行一时。在这之 后的几十年用各种化学试剂处理金属切片表 面的试验就在各处流行起来， 对宏观金相观 察的发展有意义的几桩工作是： 图1-1-2铁陨石腐刻后直接印制的魏氏组织(1820) (1) 1817 年J。 F。Daniell 发现铋在硝酸中浸泡数日后表面出现立方的小蚀坑， 建立了用蚀坑法研究晶粒取向的技术。 (2) 1860 年W。Lubders 在低碳钢拉伸试样表面上观察到腐蚀程度与基体不同的条带， 并正确解释这不是偏析而是由于局部的不均匀切变引起的， 后来就以他的姓称这种滑移带为吕德斯带。 (3) 1867 年H。T resca 用氯化汞腐蚀显示金属部件中的流线(图2) ， 说明金属在加工形变过程中内部金属的流动情况。上述试验奠定了宏观腐刻及低倍检验技术， 在今天仍然是金属研究和生产检验中常使用的方法。 ?后来的研究指出， 魏氏组织不但在钢中并且在 许多其它合金中出现。本世纪二十年代A。 Sauveur 及周志宏[6 ]研究过碳含量极低的铁在淬火后的魏氏 组织； 三十年代G。 Kurdjumov 及G。 Sach s 用X 射线进行了著名的马氏体相变取向关系的试验。在 R。F。 M eh l 学派(包括C。 S。 Barret t) 在 Sauveur 和周志宏的工作启发下开展了一系列合金的 魏氏组织的研究， 此后取向关系的测定一直是相变研 究中的一个重要组成部分[7 ]。 图2　金属部件中的流线(T resca， 1867) 魏氏不是冶金学家， 但是他在1808 年的著名试验为金相学的创建起了开路的作用， 称他是金相学的启蒙人他是当之无愧的。 在这期间， 德国的Adolf Martens (以下简称马氏， 请注意这不是平炉炼钢法发明人马丁Martin)和法国的Floris Osmond 分别在1878 及1885 年独立地用显微镜观察钢铁的显微组织。他们的金相观察结果很快就在冶金界传播开来， 影响深远， 功