金相学与材料学的相关知识.docx

精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -金相学与材料学的相关学问发布时间： 2007-8-9 编辑： admin 点击率 : 7431863 年英国的 H. C. So rby 〔 以下简称索氏 〕 首次用显微镜观看经抛光并腐刻的钢铁试片 , 从而掀开了金相学的序幕 他在锻铁中观看到类似魏氏在铁陨石中观看到的组织 , 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, 并在摄影师的帮助下拍照了钢与铁的显微像 , 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仍基本上是正确的说明索氏是国际公认的金相学创建人 , 特殊是在英国和美国 , 都在 1963 年召开了金相学产生一百周年报告会 [4, 5 ] , 纪念索氏 在 1863 年的发觉 〔 索氏在锻铁中观看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 〕 他的姓氏仍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剔除了。

索氏在 1826 年诞生于英国钢城 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热爱自然 , 很少过问他的产业 , 始终是一个从事的质与金属争论的自由争论工作者 [8, 9 ] 晚年仍热心训练 , 任 Sheffield 高校的第一任校长他终生未婚 , 以探讨自然秘密为乐 , 共发表论文 230 篇, 其中的质方面约100 篇, 金属方面仅 15 篇〔 具体目录见文献 [10 ]〕 由此可见他的主要爱好仍是在的质方面索氏年轻时就对自然界的生物、矿物、的质发生了极大的爱好 , 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看生物标本及牙、骨等硬物的试片制备方法这就导致了他后来用显微镜争论岩石从而建立了岩相学〔1850 年〕 , 当时他才 24 岁这一新奇事物很快就受到广泛的重视 , 推崇他是“显微岩相学之父”, 先后选他当英国的质学会、 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“用显微镜争论山脉”, 坐井观天但是这并阻挡不了科学向前进展的历史潮流。

由于生活在一个钢城的钢铁世家中 , 索氏不行防止的会常常接触一些钢铁问题, 如用酸蚀缀饰刀具 到 1863 年索氏的岩相争论已经很有成就 , 他开头了铁陨石的争论为了弄清它的显微结构 , 他仍争论一块瑞典生产的锻铁的显微结构为了观看不透亮的钢铁试片, 索氏采纳反射式的垂直照明 惋惜当时这件事并未引起钢铁界的留意 , 直到二十几年后他被要求重新发表他的 1863 年的争论结果 , 才受到普遍重视 他在自传式的论文“科学争论五十年”中用嘲笑的口吻说 : “在早年 , 假如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看 , 唯恐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看中发觉的主要相是 :(1) 自由铁 〔1890 年美国闻名金相学家 Howe命名为 Ferrite, 即铁素体 〕 ;(2) 碳含量高的极硬化合物 〔1881 年 Apel 用电化学分别方法确定为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。

他对珠光体的描述特别引人入胜 , 我们把他在 1886 年的论述中的一段译出如下: “珠状组织中的片层常常很薄 , 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 这种特殊组织的唯独能可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -令人中意的说明可能就是 ; 在高温时铁与碳生成一种稳固的化合物 , 在低一些温度下不再稳固, 分解为上述两种物质”图 3 是索氏当年制备并观看过的钢样 〔 现在仍有一些保留在Sheffield 高校 〕 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 索氏当年观看过的珠光体试样 ;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 , 我认为它仍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 , 保留了介于软铁与特别硬而脆的化合物〔 译者注 : 渗碳体之间的性能 , 也就是说把高硬度与强度结合起来 这不但是可能的 , 并且实际上很可能就是如此再一次升温使淬火钢回火 , 我们简洁懂得上述两个组元 〔 译者注 : 铁素体与碳化物 〕 多多少少会分别出来 , 给出与缓冷后得到的相像结构 至少我认为这种观点与我 用高倍观看不同的钢与铁所得的争论结果是一样的” 这里又基本上引入了马氏体及其在淬火中生成和回火中分解的概念不仅如此 , 他仍争论了合金元素对淬火的作用 1856 年 M ushet 发觉在高碳钢中加入钨到 5- 6% 就可以在空冷后得到与淬火一样的硬度对此索氏的观点是 : “M ushet 的空冷淬火钢的奇特性能可能是由于钨阻挡这种常见的分解所致” 这实际上就是后来得到证明的合金元素阻挡奥氏体分解从而增强淬透性的概念索氏一个人在不太长的时间里 , 作为副业 〔 主业是的质岩相争论 〕 , 基本上弄可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -清晰钢铁的显微组织与热处理过程中的相变 , 不能不说是一件特别宏大的成就。

此外 , 他仍争论了晶粒、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在现代炼钢方法显现之前 , 瑞典由于有高品位的铁矿石和丰富而又价廉的森林资源 , 在十八世纪时是欧洲的主要产钢国家 另一方面 , 那时在瑞典显现了一些闻名的化学家 , 第一发觉了镍、钴、锰、钼、钨等金属元素明显 , 这些化学家的争论也包括钢与铁 , 如 Bergman 第一用化学分析方法证明碳含量不同是钢、锻铁和铸铁的主要区分另一方面 , Rinman 在 1774 年在瑞典皇家科学院院报上发表了一篇题为“铁与钢的腐刻”的论文 , 指出“不同类型的铁与钢的硬度、致密度、 性能匀称与否等均有差异 , 腐刻为区分它们供应了一种简易的方法” 但是 , 这种用化学试剂腐刻金属显示其内部组织的方法尚未采纳制片及抛光技术 , 仅限于观看钢铁产品的 表面组织图 2 铁陨石腐刻后直接印制的魏氏组织 〔1820〕Aloysvon Widmanstabtten 〔 以下简称魏氏 〕 在 1808 年第一将铁陨石 〔 铁镍合金 〕 切成试片 , 经抛光再用硝酸水溶液腐刻 , 得出图 1 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 {111} 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 中都可以观看到 , 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显现 , 过去都是将观看结果描画魏氏在任奥的利皇家生产博物馆主任之前曾从事过印刷业 他运用印刷技术 , 第一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 ,可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -将凸出的奥氏体印制下来 , 一如我国古老的拓碑技术一样图片之清晰可与近代金相照片媲美魏氏的复制技术在那时不能不说是一种特殊的成就但是 , 魏氏试验的更为深远的意义仍是在科学方面 , 这不仅是宏观或低倍观看的开端 , 也是显微组织中取向关系争论的起始。

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 , 铁陨石的争论风行一时 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 , 对宏观金相观看的进展有意义的几桩工作是 : 〔1〕 1817 年 J. F.Daniell 发觉铋在硝酸中浸泡数日后表面显现立方的小蚀坑 , 建立了用蚀坑法争论晶粒取向的技术 〔2〕 1860 年 W.Lubders 在低碳钢拉伸试样表面上观看到腐 蚀程度与基体不同的条带 , 并正确说明这不是偏析而是由于局部的不匀称切变引起的 , 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淌情形上述试验奠定了宏观腐刻及低倍检验技术 , 在今日仍旧是金属争论和生产检验中常使用的方法后来的争论指出 , 魏氏组织不但在钢中并且在很多其它合金中显现本世纪二十岁月 A.Sauveur 及周志宏 [6 ] 争论过碳含量极低的铁在淬火后的魏氏组织 ; 三十岁月 G. Kurdjumov 及G. Sach s 用 X 射线进行了闻名的马氏体相变取向关系的试验。

在 R.F. Meh l 学派 〔 包括 C. S. Barret t〕 在 Sauveur 和周志宏的工作启示下开展了一系列合金的魏氏。