【转帖】金相学发展阶段

后来他还发现在镍含量高的合金钢中γ可以保留到室温而不转变, 为发展奥氏体不锈钢指明了方向。他不但首先发现了铁的α、β、γ三种同素异构体,后来还在“铁的晶体学”一文(1900) 中用晶体生长形态及蚀坑证明:α、β、γ三种同素异构体都属于立方晶系; γ生长成八面体, 滑移面是{111};α、β生长成立方体, 滑移面不是{111}及{100},孪晶面是{112}。

这与后来的X 射线结构分析完全一致, γ有面心立方结构, α、β有体心立方结构。我们完全可以想像到, 在X 射线衍射实验出现之前, 得出这些晶体学结论是多么不容易。由此也可以看出Osmond 才华横溢, 想像力非常丰富。

顺便提一句, 我们今天使用的转变点符号都是沿用当年Osmond 用过的, 如A (法文驻点A rrestation 的第一个字母) 代表转变点, 下标c (法文加热chauffage 的第一个字母) 及r (法文冷却refro idissement 的第一个字母) 分别代表升温及降温的转变点。显然, α、β、γ也是延用Osmond 的符号。

Osmond 还有谦逊的美德。一方面不让在他逝世的讣告中说明他在金相学方面的业绩; 另一方面把荣誉让给别人, 如他推崇索氏为金相学的奠基人,马氏为伟大的金相学家, 分别用他们的姓氏命名索氏体和马氏体。他还把他自己发现的碳在γ铁中的固溶体命名为Austenite, 即奥氏体, 以纪念在Fe-C平衡图方面作出巨大贡献的W. C. Roberts-Austen(以下简称奥氏)。甚至他还用物理化学家L. J.Troost (巴黎大学教授, Osmond 曾受过他的指教,但他本人从未在金相方面做过研究) 的姓氏命名钢中的一种共析相变组织—Troostite, 即屈氏体。

伟大的科学家也不可能是完美无瑕的。Osmond在发现β铁后, 认为这是钢在淬火后有很高硬度的本质。易言之, β铁很硬, 在高温生成后在急冷的淬火过程中被保留下来了。显然, 这是错误的。但是Osmond 及奥氏, 后来还有Sauveur, 为此舌战群儒,斗争非常激烈, 我们在金相学史话(2) 中将对此作专门报道。但是, 这个失误与Osmond 的伟大贡献相比, 只不过是一块美玉中的一点瑕疵罢了。

除了一百多篇论文外,Osmond 还写了两本有关金相的专著(1895, 1904) , 对金相学的普及推广也起了重要的作用。到了上世纪末或本世纪初, 金相学就已经成为一门新兴的学科了。下面从几个侧面举例说明:

1. 学报开始出现

金相学家　M etallograph ist (1898- 1903)

国际金相学杂志　Internat ionale Zeitsch riftfubr Metallograph ie (1911- 1918)

2. 大学中设金相学讲座或教授

柏林工业大学在1910 年设金相学讲座, 1919年聘请H. Hanemann 任教授, 并出版金相图谱　Atlas MetallographICus, 影响深远。

3. 金相学专著陆续出版

H. Beh rens: Das m ik ro skop ische Gefubge derM etalle and L egierungen (1894). F. O smond, J. E.

Stead: TheM ICro scop IC A nalysis of M etals (1904).

P. Goerens: Einfubh rung der M etallograph ie ( 1906,战后版1948).

C. H. Desch:M etallography (1910, 第六版1944).

H. M. How e:M etallography of Steel and Cast Iron (1915).

A. Sauveur: The Metallography and Heat Treatment of Iron and Steel (1916, 第六版1943).

4.Fe-C 平衡图在1899 - 1900 问世(W. C.Roberts-A usten, H. W. Bakhuis-Roozeboom ) , 钢铁的相变与热处理有了理论的指导。

5. 金相的研究从钢铁逐步延伸到其它合金系统中去, G. Tammann 开始按周期表系统地研究二元系合金(1903) , 把金相学进一步发展为金属学(即M etallkunde, 俄文的Металлкпиде) , 在德国哥丁根大学建立学派, 并出版“金属学教程”L eh rbuch derM etallkunde (1914, 第四版1932)。

金相学的诞生已经一个多世纪了, 并已成为一门成熟的学科。但是, 随着科学技术的发展, 金相学也在不断充实新的内容和扩大它的领域.

首先, 观察手段的改进使金相学起了明显的变化。光学显微镜虽然有简单方便的优点, 但是它的分辨率不高, 仅能观察金相组织中几十微米尺度的细节。目前, 它的主要发展趋势是定量金相学, 也就是把光学显微镜配上电子计算机, 对显微组织的一些特征进行定量的分析。为了获得更高的分辨率以观察更细微的内部结构, 透射式电子显微镜在三十年代初研制成功, 经过半个世纪的发展, 它的分辨率已接近或达到分辨单个原子的水平。后来, 为了观察凸凹不平的大块试样, 扫描电子显微镜又应运而生。这些电子光学仪器不但有极高的分辨率, 并且能进行微区电子衍射分析, 给出有关的晶体结构数据。不仅如此, 在配上X 射线谱仪及电子能量谱仪后, 还能进行小到几纳米范围的化学成分分析。由此可见, 这些电子光学分析仪器已经使我们对金属的显微组织结构的研究深入到原子的层次, 成为现代金相学研究的重要手段。现将金相学杂志Metallography 中1982 年发表的文章按主要观察手段及实验方法分类如下:

光学显微镜:

传统方法　　5

定量金相　　4

其　　它　　2　共11 篇

电子显微镜:

透射型　　 9

扫描型　 　 7

电子探针　　2　共18 篇

当然, 在使用电子显微镜为主要观察手段的文章中也有一些用光学显微镜做低倍辅助观察。但是,使用电子光学仪器进行金相研究的趋势已经是无庸置疑的了。

其次, 随着新材料的不断出现, 金相学的范围也逐渐扩大, 并渗透到其它材料领域中去, 发展成为材料科学。在半导体材料的早期发展中, 不少金相工作者参予其事。位错等晶体缺陷的概念主要是在金属研究中形成的, 现在不但已经是半导体等晶体材料的一项质量指标, 并也在地质矿物学中开始受到重视。G. P. 区是合金的固溶体中在予沉淀过程中生成的溶质原子偏聚区, 现在这一名词也已在矿物研究中得到应用。合金强化也已应用到高分子材料中去。

材料科学是新开辟的领域, 天地宽阔, 金相工作者肯定会为此作出应有的贡献。历史在发展, 金相学还在前进。随着科学技术的迅速发展, 金相学也会不断以新的姿态出现!