PDF《金相学史话 （ 1） ： 金相学的兴起》

1721 年首次出现于牛津 《新英语字典》 (N ew English D ic2 tionary) 中, 不过那时这个名词的含义是金属及其性 能的学问, 并未涉及组织结构.十九世纪中叶, 转炉 (1856) 及平炉 (1864) 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. 另一方面, 晶体学在这个时期也有了长足的进 展, 如32 个晶类 (1830) 及14 个布喇菲点阵 (1849) 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. 到了十九世纪末, 金相这一名词也就获 得了新的意义, 并与金属与合金的显微组织结构结 下了不解之缘, 金相显微镜也就成为研究金属内部 组织结构的重要工具.后来金相研究的领域逐步扩 大, 也就不再限于显微镜观察了. 本文介绍金相学兴起的一些重要事件, 主要是 对金相观察的启蒙、 创建、 推广等过程作一历史性的 回顾.限于篇幅, 仅能重点突出地讨论一些问题, 详 见文末所引有关文献 1- 5.

1 启蒙阶段 在现代炼钢方法出现之前, 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, 那时在瑞典出 现了一些著名的化学家, 首先发现了镍、 钴、 锰、 钼、 钨等金属元素. 显然, 这些化学家的研究也包括钢与 铁, 如Bergm an 首先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别.另一方面, R inm an 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、 性能均匀与否等均有差异, 腐刻为 区别它们提供了一种简易的方法 .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用制 片及抛光技术, 仅限于观察钢铁产品的表面组织. A loys von W idm ansta βtten (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 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 ・

3 ・ ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 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, 过去都是将观察结果描绘. 魏氏在 任奥地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, 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, 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非凡的成就. 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: (1)