金相史话019

金相史话LOGO•金相组织就是用金相方法观察到的金属及合金的内部组织，分为宏观组织和显微组织，一般在金属材料的研究中常用的显微组织。•金相组织对于材料工作者的意义相当于医生手中的X光片、CT片，在金属材料的性能和失效分析中有重要意义。LOGO•金相学Metallography这一名词在1721年首次出现于牛津《新英语字典》(NewEnglishDictionary)。•十九世纪中叶第二次工业革命爆发，转炉(1856年)及平炉(1864年)炼钢新方法相继问世，钢铁价格显着下降，产量猛增。那时又正大事兴建铁路，铁轨用量很大，断裂事故也屡见不鲜。生产实际的需要促进了对钢铁的断口、低倍及内部显微组织结构的研究。•晶体学在这个时期也有了长足的进展，如32个晶类(1830年)及14个布拉菲点阵(1849年)的建立，这为研究矿物与金属的内部组织结构奠定了理论基础。LOGO•钢铁材料的显微组织一般有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、马氏体、贝氏体、索氏体、托氏体、魏氏体等。•除铁素体、渗碳体和珠光体外，其他组织都是用一些著名科学家的名字命名的，以纪念他们在金属学领域做出的杰出贡献。下面我们就来说说这些组织名称和它们背后那些材料先贤的故事。LOGO•奥斯蒙(FlorisOsmond，1849～1912)。法国金相学家。曾在制造技术中心学校学习冶金。1880～1884年担任克雷索施奈德化学实验所主任。•奥斯蒙早期致力于铸钢淬火和回火，特别是钢在加热和冷却中组织变化的研究。1887年他用利用差热分析方法系统地研究了钢的相变，发现了铁的同素异构转变。LOGO奥斯蒙测出铁中相变的临界点，并以此区别α铁、β铁〔1922年韦斯特格伦(A.Westgren)用X射线证明β铁不是新相〕和γ铁。LOGO•奥斯蒙用显微镜研究钢铁的组织，还发展了抛光腐蚀技术，对钢铁的显微组织研究作出了很大贡献。•1895年奥斯蒙鉴别并命名索氏体、奥氏体和托氏体以纪念金相学家索比、罗伯茨－奥斯汀和托斯特，并重新命名钢淬火时产生的组织为马氏体(原称硬化体)，以纪念金相学家马滕斯。LOGO1.珠光体类型组织LOGO•英国金相学家和地质学家索比（H.C．Sorby，1826～1908)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。•索比生性酷爱自然，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。•1874年索比成为英国皇家学会理事会成员，并中选为皇家显微镜学会主席，1876年任英国矿物学会首任主席。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。LOGO•索比把岩相学的方法，包括试样的制备、抛光和腐刻等技术移植到钢铁研究，首先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。索比是国际公认的金相学创建人。•为了观察不透明的钢铁试片，索氏采用反射式的垂直照明。•把钢样磨成试片，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。LOGO•1863年索比在英国协会纽卡斯尔年会上展示钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织。当时他已经证实:酸浸以后，钢具有各种不同的结晶组织。•索比首先在显微镜下观察到由铁素体与渗碳体两相以层片状相间排列组成的机械混和物，后因其具有珍珠般（Pearl-like）的光泽而被命名为珠光体（Pearlite）。•为了纪念索比，将较细的珠光体称为索氏体(Sorbite)；为纪念法国金相学家托斯特(L.J.Troost)将极细的珠光体称为托氏体（Troostite）。LOGO索比当年观察的珠光体试样（500×）LOGO•他对珠光体的描述非常引人入胜，他在1886年的论述中有一段论述：•“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”。LOGO•珠光体、索氏体和托氏体统称为珠光体类型组织，只是铁素体与渗碳体两相的片间距大小不同，形成温度越低，片间距越小。•片间距越小，组织的硬度越高，塑性、韧性也越好。如托氏体的硬度高于索氏体，更高于珠光体。LOGO光镜下形貌电镜下形貌珠光体LOGO电镜形貌光镜形貌索氏体LOGO托氏体LOGO2.奥氏体奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号A表示。面心立方晶格奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。LOGO•中国有句成语“趁热打铁”，高温下的钢材组织就是奥氏体，其硬度较低，塑性、韧性好，易于压力加工。•奥氏体无磁性，在生活中分辨奥氏体不锈钢(如18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。LOGO•奥氏体（Austenite）是为纪念英国冶金学家罗伯茨.奥斯汀(Roberts-Austen，1843～1902)对金属科学的贡献而命名。•18岁进入皇家矿业学院，后在造币厂从事金、银和合金成分的研究。•奥斯汀用量热计法测定银铜合金的凝固点，并首先用“冰点”曲线表示其实验成果。1876年与J.洛基尔（J.Lockyer）一起用光谱仪作定量分析，以辅助传统的试金法。LOGO•1885年他开始研究钢的强化。同时着手研究少量杂质对金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。•罗伯茨.奥斯汀最大的贡献是绘制出了第一幅铁碳相图，1897年完成初稿，1899年彻底完成。LOGO罗伯茨.奥斯汀绘制的第一幅铁碳相图（1897年）LOGO（1900年）LOGO3.马氏体•对于学过金属材料的人来说，马氏体的大名如雷贯耳。马氏体（Martensite）是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，用符号M表示，有板条马氏体和片状马氏体。•马氏体组织的硬度是钢组织中最高的，马氏体强化是钢的主要强化手段，淬火后的组织就是以马氏体为主。LOGOLOGO20钢，淬火，板条状马氏体LOGOT10钢，淬火，片状马氏体LOGO•马氏体是为纪念德国冶金学家阿道夫-马滕斯（Adolf-Martens，1850-1914)而命名的。•阿道夫.马滕斯是材料研究及试验的奠基者之一，在德国建立了测试材料科学。LOGO•阿道夫-马滕斯自制的显微镜观察钢铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。•1884年开始他担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是今天联邦材料研究与测试研究所（巴姆）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。•为促进材料科学的发展，德国政府以他的名字命名的阿道夫-马滕斯协会奖，每两年颁发一次，由阿道夫-马滕斯基金负责，涉及材料研究和测试，以及安全技术。在德国个声望颇高的科技奖项。LOGO4.贝氏体•从图像角度看，金相组织中贝氏体最漂亮，因为贝氏体组织有一种水墨丹青的韵味。•贝氏体（Bainite）是由过饱和碳的铁素体与碳化物组成的非层片状的机械混合物，用符号B表示，有上贝氏体和下贝氏体之分（upperbainiteandlowerbainite.）。LOGO下贝氏体组织LOGO上贝氏体LOGO•贝氏体名字来自钢铁热处理理论的奠基者——美国化学家贝茵（E.C.Bain，1891-1971）。•贝茵和达文波特（E.S.Davenport）从1929～1930年开始研究钢中奥氏体在不同温度条件下的转变过程及其产物，创造了C曲线，阐明了钢的热处理的一般原理。•他们在试验中发现了一种非马氏体针状组织，这种针状或羽毛状的组织就是贝氏体。LOGO贝茵测绘的奥氏体等温转变曲线LOGOLOGO下贝氏体和片状马氏体的区别LOGO片状马氏体LOGO5.魏氏组织•钢在锻造、轧制、热处理时，如果加热温度过高同时冷却速度又较快，使先共析铁素体（F）或渗碳体（Fe3C）除沿晶界或在晶粒内部独自呈针状析出，这种针状铁素体或渗碳体加珠光体组织的组织称为魏氏组织，前者称为铁素体魏氏组织，后者则称为渗碳体魏氏组织，用符号W表示。LOGO•魏氏组织是索比为纪念德国人魏德曼施泰登(A．J．Widmannstatten)而命名的。•1808年魏德曼施泰登首先将铁陨石(铁镍合金)切成试片，经抛光再用硝酸水溶液腐刻，得出魏氏组织组织，其中可见粗大的铁素体沿特定晶面析出，这种组织就是魏氏组织。LOGO魏德曼施泰登使用类似我国古老的拓碑技术的方法将其印在纸上，图片之清晰可与近代金相照片媲美。（1820年）LOGO一般认为，钢中魏氏组织的存在会降低力学性能，显著降低钢的塑性和冲击韧性。为了防止在热轧条件下的钢材形成魏氏组织，可以采用控制轧制工艺和控制冷却等措施。当形成魏氏组织后，一般采用完全退火或正火加以消除。LOGO6.莱氏体LOGO•莱氏体（Ledeburite）是铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，用符号Ld表示,分为高温莱氏体和低温莱氏体两种。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高而塑性很差。•莱氏体是以德国冶金学家莱德堡（AdolfLedebur，1837-1916)命名的。有关他的资料很少，他因在1882年发现了铁碳合金“Mischkristalle”而闻名。LOGO7.铁素体铁素体（Ferrite）命名自拉丁文的铁（Ferrum）。铁素体在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布，但当含碳量接近共析成分时，铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。LOGO8.渗碳体•渗碳体（Cementite）因发现者称其为水泥（法语Ciment）以描述它在凝固过程中先析出晶体的粘结作用而得名。LOGO结束语•每一个金相组织名称背后都蕴含着一段生动的故事，重温材料先贤的伟大贡献，使我们仿佛通过时光隧道回到了第二次工业革命时期，金属材料科学的发展为现代工业奠定了坚实的基础。LOGO•金属的微观世界深邃而广阔，金相组织正是我们进入这一领域的钥匙，一幅幅金相照片是那样的生动而美妙。随着科学技术的迅速发展，金相科学也会以新的姿态出现！LOGO奥索托马魏莱贝，都是金相老前辈。铁素珠光渗碳体，组织名称记心里。谢谢