金相学
金相简介
金相简介金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。
不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。
所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。
所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。
金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。
固态金属及合金都是晶体，其内部原子是按一定规律排列的，排列的方式一般有三种即：体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构。
金属是由多晶体组成的，它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的。
组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。
如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。
铁碳合金中铁和碳有4种结合方式：（1）液态时，无限互溶（2）固态时，碳可溶于铁形成固溶体（3）含碳量超出固溶体溶解度时，出现化合物Fe3C（4）还可形成固溶体和化合物组成的混合物简单的说：碳溶解在α铁中形成的固溶体叫铁素体（F），溶解在γ铁中形成的固溶体叫奥氏体（A）；铁与碳形成的稳定化合物Fe3C叫渗碳体；铁素体和渗碳体组成的机械混合物叫珠光体；奥氏体和渗碳体组成的机械混合物叫莱氏体。
1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处。
残余奥氏就是在230度以下还没有转变的过冷奥氏体。
2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。
亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02%。
3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
金相学史话金相学的兴起
金相学史话金相学的兴起金相学是一门研究金属材料内部微观结构的学科，对于材料科学、工程学、物理学等领域具有重要意义。
本文将通过回顾金相学的发展历程，探讨其兴起的原因、研究现状以及未来的发展趋势。
金相学最早可以追溯到古代，人们在制造金属器具时，通过观察金属的外观和质地，积累了丰富的经验。
例如，中国古代的青铜器制造，古埃及人利用黄金与其他金属的混合制成具有特定性质的器具。
这些实践为金相学的兴起提供了基础。
19世纪中叶，随着工业革命的推进，人们对金属材料的需求不断增加，金相学逐渐受到重视。
在这一时期，科学家们开始通过显微镜观察金属材料的内部结构，并对其进行研究。
这标志着金相学的独立学科地位得以确立。
20世纪中叶，随着电子显微镜等新技术的出现，金相学得到了迅速发展。
科学家们可以更加深入地研究金属材料的显微组织、晶体结构等，为材料科学、工程学等领域提供了更为精确的数据支持。
进入21世纪，随着科技的不断进步，金相学在研究方法和应用上不断创新。
例如，研究人员利用X射线衍射技术、光谱分析等手段，对金属材料的相变、微观结构等方面进行了更加深入的研究。
同时，金相学在纳米科技、能源、环保等领域的应用也不断扩展。
目前，国际上对于金相学的研究已经非常活跃，各个国家和地区都设立了金相学研究机构，并开展了一系列前沿研究。
国内的金相学研究虽然起步较晚，但也取得了长足的进步。
在研究领域方面，除了对传统金属材料的研究，金相学在新型金属材料、金属基复合材料等领域的研究也越来越深入。
随着科学技术的不断发展，金相学的应用前景也越来越广阔。
未来，金相学将在以下几个方面发挥重要作用：新能源领域：在新能源领域，金相学将发挥重要作用。
例如，研究人员可以通过金相学的方法，研究太阳能电池板中的金属材料，提高其光电转换效率。
金相学还可以应用于核能、风能等领域的研究。
环保领域：金相学可以帮助研究人员了解不同金属材料在环境中的腐蚀行为和机理，为环保领域提供有力支持。
金相培训心得体会
金相培训心得体会
金相学是材料学中非常重要的一个分支，它主要研究金属和合金的形态、组织和结构，以及这些特性与合金性质之间的关系。
金相分析是材料学中的一项重要技术，它可以通过显微镜观察材料的微观结构，以便进行合金评价和质量控制。
金相培训主要包括理论学习和实际操作，因为金相分析技术需要大量的实验和现场操作。
在理论学习方面，学习者需要掌握金属和合金的微结构、组成、特性和物理性质等知识。
在实际操作方面，学习者需要掌握制备样品、进行金相观察、分析样品、评估结果和处理数据等实际操作技巧。
通过金相培训，学习者可以增进对金相学知识的理解和掌握，从而更好地理解材料的结构和性质，并可以应用金相技术评价和控制材料质量。
此外，金相培训还可以提高学习者解决问题的能力和实验操作技能，这些技能对学习者未来的职业发展和科学研究都具有重要意义。
总之，金相培训是材料科学中非常重要的一项培训，它可以让学习者更好地掌握金相知识和技能，进一步提高职业素养和实验操作能力。
02金相学的发展与作用
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金相学之父——Henry Clifton Sorby（1826-1908） 和珠光体
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金相学的发展
• 德国的Adolf Martens在1880年就在工厂开展了金 相检验，毕生致力于改进金相显微镜和金相检验 方法。在其影响下，当时的不少钢厂都建立了金 相检验室。 • 法国的Floris Osmond把金相学从单纯的显微镜观 察扩大、提高成一门新的学科。
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“金相学”含义的扩展 利用光学显微镜来研究金属中相的形貌
综合地研究金属及合金成分、组织与性 能关系பைடு நூலகம்科学，其研究手段也推广到包 括肉眼、放大镜、光学显微镜、电子显 微镜以及X射线衍射等。
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金相学的作用
• 合金钢热处理工艺的研究
揭示了材料成分、组织与性能之间的内在联系，避免材料 学科工作者在新材料和新工艺的研究中的盲目性。
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铁陨石的低倍组织 （1808年， Atoys von Widmansttten ）
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魏氏组织
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金相学的发展
• 1863年7月28日 ，英国地质学家Henry Clifton Sorby首先意识到试样制备的重要性并借鉴岩相制 样技术第一个用反射式光学显微镜下对钢铁的显 微组织进行了研究 ，发现钢中存在珠母状的组织， 即珠光体。 • 1886和1887年最终确定其具有层片状结构，并推 测其中软的层片为纯铁，硬的层片为碳化铁。 • 揭开了金相学研究的序幕，标志着金相学的诞生。
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金相学的发展
1898-1918年金相学、国际金相学等杂志开 始发行，同时，一些金相学专著陆续出版，标志 着金相学体系的完整形成。 金相学迅猛发展的原因：
1）1856-1864年平妒炼钢新方法相继问世，钢铁价格下降产 量猛增，促进了断裂事故和对钢铁的断口、低倍及内部显 微组织结构的研究。 2）晶体学研究也有了长足的进展，如32个晶类(1830年)及 14个布拉菲点阵（1849年）为金相学研究矿物与金属的 内部组织结构奠定了理论基础。
金相、腐蚀类相关专业书籍
金相、腐蚀类相关专业书籍金相和腐蚀是材料科学中重要的分支学科。
学习这些科目需要阅读相关的专业书籍。
以下是一些值得参考的书籍：一、金相学1. 《金相图谱》本书是金相学方面的指导书之一。
书中详细介绍了常见金属及其合金在不同组织、热处理及化学改性条件下的组织状态。
图文并茂的呈现方式，让读者可以更加直观地了解各种金属和合金的组织变化规律。
2. 《材料金相学》该书是金相学入门书籍之一。
作者通俗易懂地讲解了金相学的基本概念、理论和方法，并详细介绍了各种金属组织的形态、结构和特征。
此外，该书也介绍了相关金相分析技术，并提供了一些案例供读者参考。
3. 《形貌分析在金相学中的应用》该书集中介绍了金相学中的形貌分析技术，如扫描电镜、光学显微镜等。
作者通过实验室实例，生动形象地描述了这些技术在金属材料表面和断口特征分析中的应用。
二、腐蚀学1. 《材料腐蚀与防护》这是一本介绍腐蚀学的入门书籍。
本书详细介绍了材料腐蚀的基本概念、发生机理及其分类，同时也介绍了一些常见的腐蚀防护方法。
一个重要的卖点是书后提供了各种腐蚀试验的实验方法。
2. 《腐蚀与防护技术》本书是腐蚀学方面的全方位指导书。
该书不仅介绍了腐蚀学的基础知识，更详细地探讨了腐蚀的各种分类、形式、原因和危害。
此外，该书还介绍了各种材料的腐蚀行为和防护方法。
3. 《金属材料腐蚀与防护》这是一本介绍金属材料腐蚀学的专业书籍。
作者详细介绍了不同金属材料的腐蚀机理、腐蚀行为及漏蚀修复方法。
读者可通过该书更好地理解金属材料腐蚀问题相关的知识，并掌握有效的防护技术。
以上是一些值得参考的金相、腐蚀类相关专业书籍，它们可以帮助读者更全面地理解材料科学的重要分支学科。
金相试样的制备及金相组织观察
金相试样的制备及金相组织观察金相试样是金相学中的重要实验手段，用于观察金属材料的晶体结构、相组成和组织形态等信息。
下面我们将介绍金相试样的制备方法及金相组织观察过程。
一、金相试样的制备方法1.试样的切割：首先需要从金属材料中切割出代表性的试样。
切割试样时应注意保持试样尺寸的标准，确保试样的大小符合实验要求。
2.粗磨：经切割获得的试样通常都有较粗糙的表面。
因此需要进行粗磨，以便进一步处理。
粗磨可以使用粗磨纸或砂轮进行，以去除试样表面粗糙度和切割留下的锋利边缘。
3.嵌埋：经过粗磨后的试样需要进行嵌埋。
嵌埋是将试样固定在一个透明的树脂中，以便进行后续的研磨和观察。
常用的嵌埋材料有环氧树脂和酚醛树脂。
4.精磨：嵌埋好的试样需要进行精磨，使试样表面更加光滑细腻。
精磨可以使用细磨纸或细磨粉进行，常见的精磨粉有二氧化硅粉和氧化铝粉。
5.抛光：精磨后的试样表面通常仍然存在一些微小的研磨痕迹和表面附带物。
为了进一步减小试样表面的痕迹和提高试样表面的光洁度，可以进行抛光。
抛光可以使用砂轮、刚玉研磨粉或抛光膏进行。
6.腐蚀：一些试样需要进行腐蚀处理，以便观察金相组织。
腐蚀可以通过直接浸泡试样在腐蚀剂中，或者使用腐蚀电解槽进行。
7.清洗：试样制备完成后，需用酒精/丙酮和超声清洗剂进行清洗，以彻底清除试样表面的污染物和残留物。
最后使用纯酒精对试样进行干燥。
二、金相组织观察过程1.试样装入金相显微镜：制备好的金相试样需要装入金相显微镜进行观察。
可以将试样固定在显微镜的试样夹上，并通过显微镜的调节装置使试样位于镜头的焦点上。
2.调焦：通过调节显微镜的焦距，使试样清晰可见。
根据试样的形状和纵深，需要调整显微镜的焦距，以确保试样表面和内部的细节都能清晰显示。
3.选择放大倍率：根据所需观察的试样细节，选择合适的放大倍率进行观察。
通常金相显微镜的放大倍率范围从10倍至1000倍不等。
4.观察金相组织：通过显微镜观察试样中的金相组织。
金相基础
金相基本组织包括铁素体、珠光体、渗碳体、魏氏组织、奥氏体、马氏体、回 火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、贝氏体。 1）铁素体－又称纯铁体, 呈白亮多边形, 也可呈块状、月牙状、网络状, 铁素体 性软而韧, 一般硬度在100HB左右； 2）珠光体－铁素体和渗碳体的机械混合物。按碳化物的分布形态又将珠光体分 成片状珠光体和粒状珠光体。 3)渗碳体－一种化合物。在碳钢中, 渗碳体由铁和碳化合而成; 在合金钢中,形成 合金渗碳体。渗碳体性硬而轻脆, 呈白亮多边形, 其形态呈白色的片状(针状)、 粒状、网络状、半网络状等。
: 介质的折光系数 ：角孔径的一半
3、 金相显微镜的光线系统
• 物镜：是显微镜最主要的部件，它是由许多种类的玻璃制成的不同形状 的透镜组所构成的，位于物镜最前端的平凸透镜称为前透镜，其用途是 放大，在它以下的其他透镜均是校正透镜，用以校正前透镜所引起的各 种光学缺陷（如色差、像差、像弯曲等） • 目镜主要是用来对物镜已放大的图像进行再放大。目镜又可分为普通目 镜、校正目镜和投影目镜 • 照明系统：两种观察物体的方法，即450 平面玻璃反射和棱镜全反射， 这两种方法都是为了能使光线进行垂直转向，并投射到物体上。起这种 作用的结构称为“垂直照明器”。在金相工作中的照明方式分为明场和 暗场照明两种 • 光栏：在金相显微镜中，常安臵两个可变的光栏，使用时可调节光栏大 小，为了提高映像的质量 • 滤色片：金相显微镜摄影时一个重要的辅助工具，其作用是吸收光源发 出的白光中波长不合需要的光线，而只让所需波长的光线通过，以得到 一定色彩的光线，从而得到能明显表达各种组成物的金相图片
金相显微镜的光学放大原理示意图
光学显微镜的放大倍数可达到1600～2000倍。当被观察物体AB置于物镜前 焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射后，得到一个放大的倒立实像 A1B1（称为中间象）。若A1B1处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物象是 经目镜再次放大了的虚象A1’B1’。由于正常人眼观察物体时最适宜的距离是 250mm（称为明视距离），因此在显微镜设计上，应让虚象A1’B1’正好落在距 人眼250mm处，以使观察到的物体影像最清晰。
金相学习计划
金相学习计划一、学习目的金相学是金属材料分析的重要手段，通过金相学的学习可以深入了解金属材料的组织结构、性能和加工工艺，为材料工程技术提供重要依据。
通过金相学的学习，可以掌握金属材料显微组织的观察和分析技术，以及相关的样品制备、镜检和图像分析等实验方法，从而提高材料工程技术人员对金属材料的认识和把握能力，为相关专业的学习和工作打下坚实的基础。
二、学习内容1. 金相学基础知识2. 金属材料的组织结构和性能3. 金相显微镜与金相图像分析技术4. 金相样品的制备和处理方法5. 金相分析的应用和实验技术6. 金相学与材料加工工艺的关系三、学习安排1. 第一阶段：基础知识学习学习金相学的基础知识，包括组织结构、相变规律、组织和性能的关系等方面的内容。
通过课本学习和相关资料的查阅，掌握金相学的基本理论和知识体系，建立起对金相学的整体认识。
学习方式：图书馆查阅相关书籍资料，网络搜索相关学习资源，定期参加金相学知识讲座和学术报告会。
时间安排：每周至少安排2天时间进行金相学基础知识的学习，每次学习时间不少于4小时。
2. 第二阶段：实验技术学习学习金相显微镜的基本原理和使用方法，掌握金相样品的制备和处理技术，了解金相显微镜图像的分析方法。
通过实验操作，熟悉金相显微镜的使用和样品制备的基本步骤，为后续的金相分析实验做好准备。
学习方式：参加实验室的金相学实验课程，学习相关实验技术的操作方法和注意事项，积极参与实验过程，展开实际操作练习。
时间安排：每周安排一天时间进行实验技术学习，每次实验时间不少于6小时。
3. 第三阶段：金相分析实验开展金相分析实验，通过对金属材料的显微组织进行观察和分析，了解不同金属材料的组织特征和性能表现。
实验中注重实验数据的记录和分析，形成实验报告，总结实验结果并提出思考和建议。
学习方式：参与实验室的金相学实验项目，积极参与实验操作和数据处理，掌握金相分析的基本方法和步骤，学会用金相图像分析技术进行显微组织的定量分析。
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金相学Widmanstabtten 在19 世纪初用硝酸水溶液腐刻铁陨石切片, 观察到片状Fe-Ni奥氏体的规则分布(魏氏组织), 予告金相学即将诞生。
So rby 在1863 年用反射式显微镜观察抛光腐刻的钢铁试样, 不但看到珠光体中的渗碳体和铁素体的片状组织, 还对钢的淬火和回火作了初步探讨, 金相学已基本形成。
到19～20世纪之交,Martens (马氏) 和Osmond 对金相学的发展和金相检验在厂矿中的推广做了重要贡献, 同时Roberts2A usten (奥氏) 和Roogzeboom 初步绘制出Fe-C 平衡图, 为金相学奠定了理论基础。
到了二十世纪中叶, 金相学已逐步发展成金属学、物理冶金和材料科学。
金相学或更广义一点的金属学及金相热处理是冶金系与机械系大多数专业学生的必修课, 讲述的内容是金属与合金的组织结构以及它们与物理、化学和力学性能间的关系。
随着现代技术的发展, 新材料层出不穷, 金相学的范围也已不限于金属与合金,逐渐渗透到无机非金属材料, 矿物, 有机高分子等,发展成为材料科学这门新学科。
我国出版的金相学或金属学教课书却很少讨论这门学科的早期发展历史, 广大金相热处理工作者成天与奥氏体、马氏体、魏氏组织等名词打交道, 甚至还在使用索氏体、屈氏体等已过时的名词, 而不清楚它们的来历。
本着温故知新的宗旨, 我们准备编写一些金相学史话, 陆续发表, 介绍金相学(广义的) 发展过程中的一些有意义的史实, 并借此阐明一些观点。
英文金相学Metallography 这一名词在1721 年首次出现于牛津《新英语字典》(New English Dictionary) 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Bergman 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, 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。
图1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) 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。
图2金属部件中的流线(T resca, 1867)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 ]。
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。
2创建阶段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01025 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, 特别是在英国和美国, 都在1963年召开了金相学诞生一百周年报告会[4, 5 ] , 纪念索氏在1863 年的发现(索氏在锻铁中观察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)。
他的姓氏还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淘汰了。
索氏在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。
不过他生性酷爱自然, 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[8, 9 ]。
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(详细目录见文献[10 ])。
由此可见他的主要兴趣还是在地质方面。
索氏年轻时就对自然界的生物、矿物、地质发生了极大的兴趣, 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察生物标本及牙、骨等硬物的试片制备方法。
这就导致了他后来用显微镜研究岩石从而建立了岩相学(1850 年) , 当时他才24 岁。
这一新鲜事物很快就受到广泛的重视, 推崇他是“显微岩相学之父”,先后选他当英国地质学会、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“用显微镜研究山脉”,坐井观天。
但是这并阻挡不了科学向前发展的历史潮流。
由于生活在一个钢城的钢铁世家中, 索氏不可避免地会经常接触一些钢铁问题, 如用酸蚀缀饰刀具。
到1863 年索氏的岩相研究已经很有成就, 他开始了铁陨石的研究。
为了弄清它的显微结构, 他还研究一块瑞典生产的锻铁的显微结构。
为了观察不透明的钢铁试片, 索氏采用反射式的垂直照明。
可惜当时这件事并未引起钢铁界的注意, 直到二十几年后他被要求重新发表他的1863 年的研究结果, 才受到普遍重视。
他在自传式的论文“科学研究五十年”中用嘲笑的口吻说:“在早年, 如果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察, 恐怕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察中发现的主要相是:(1) 自由铁(1890 年美国著名金相学家Howe命名为Ferrite, 即铁素体) ;(2) 碳含量高的极硬化合物(1881 年Apel 用电化学分离方法确定为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。
他对珠光体的描述非常引人入胜, 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”。
图3 是索氏当年制备并观察过的钢样(现在仍有一些保留在Sheffield 大学) 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3索氏当年观察过的珠光体试样;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, 我认为它还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, 保留了介于软铁与非常硬而脆的化合物(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。