金相學的發(fā)展史

金相學主要是研究金屬材料組織的一門學科，其通過對金屬材料的宏觀和微觀組織的研究不同的結構組份，也即各個晶體（相）或晶體群（共晶體，共析體等等）的含量、大小、形狀、顏色、位向和硬度。
金相學發(fā)展　　
　　金相學的研究是隨著分析手段的不斷進步，對金屬的組織結構得到更加深刻的認識，從早期的借助光學顯微鏡的分析，發(fā)展到現代的電子顯微鏡技術，大大提高了顯微鏡的分辨能力。電子顯微鏡的zui大特點是分辨率高、放大倍數高，在光學顯微鏡下分辨不清的組織，在電子顯微鏡下可一目了然；另外，電子顯微鏡的景深長，這對于分析斷口十分有利；電子顯微鏡還可進行電子衍射，把對合金相的形貌觀察和結構分析結合起來，便于鑒定物相；同時，還可直接觀察晶體的缺陷（層錯、位錯等）以及某些材料的沉淀過程?？梢哉f電子顯微鏡的出現為金相學對發(fā)展產生了深遠的影響。
　　金相學的一項重要內容就是金相檢驗。金相檢驗工作是理論和實踐性部很強的工作，涉及到檢驗人員的理論水平、業(yè)務素質及實際操作能力，因此，金相檢驗的正確判定對于提高機械工業(yè)產品的內在質量起到至關重要作用。
金相學源淵
　　在1808 年首先將鐵隕石（鐵鎳合金） 切成試片, 經拋光再用硝酸水溶液腐刻, 得出的組織。鐵隕石在高溫時是奧氏體, 經過緩慢冷卻在奧氏體的{111}面上析出粗大的鐵素體片, 無須放大, 肉眼可見。四種取向的鐵素體在中都可以觀察到, 其中三種是針狀, 夾角為60°, 另一種是片狀, 平行于紙面。
　　運用印刷技術, 首先用腐刻劑將鐵隕石中的鐵素體腐蝕掉, 使奧氏體凸出。拋光腐刻的鐵隕石本身就是一塊版面, 涂上油墨, 敷上紙張, 輕施壓力, 將凸出的奧氏體印制下來, 圖片之清晰可與近代金相照片媲美。
　　但是, 試驗的更為深遠的意義還是在科學方面, 這不僅是宏觀或低倍觀察的開端, 也是顯微組織中取向關系研究的起始。盡管主要試驗結果當時并未發(fā)表（直到1820 年才由其合作者發(fā)表）,但已在集會上宣布并廣為流傳, 鐵隕石的研究風行一時。在這之后的幾十年用各種化學試劑處理金屬切片表面的試驗就在各處流行起來, 對宏觀金相觀察的發(fā)展有意義的幾樁工作是: （1） 1817 年J. F.Daniell 發(fā)現鉍在硝酸中浸泡數日后表面出現立方的小蝕坑, 建立了用蝕坑法研究晶粒取向的技術。
 
金相學--低倍檢驗技術
　?。?） 1860 年在低碳鋼拉伸試樣表面上觀察到腐蝕程度與基體不同的條帶, 并正確解釋這不是偏析而是由于局部的不均勻切變引起的。
　?。?） 1867 年H.T resca 用氯化汞腐蝕顯示金屬部件中的流線 , 說明金屬在加工形變過程中內部金屬的流動情況。上述試驗奠定了宏觀腐刻及低倍檢驗技術, 在今天仍然是金屬研究和生產檢驗中常使用的方法。
金相學研究
　　金相學研究zui重要的手段是光學金相顯微術和電子顯微學（見金屬和合金的微觀分析）。利用 X射線衍射或電子衍射等進行的金屬結構分析和利用各種電子光學儀器進行的金屬微區(qū)成分分析，有時也包括在金相學所研究的范疇內。研究金屬及合金內部組織結構的學科。是從19世紀初開始逐步形成的。金相學過去曾定義為研究金屬及合金的成分組織結構以及它們同性能之間關系的科學隨著這一學科研究領域不斷擴大。
　　后來的研究指出, 不但在鋼中并且在許多其它合金中出現。本世紀二十年代A. Sauveur及周志宏研究過碳含量極低的鐵在淬火后的魏氏組織; 三十年代G. Kurdjumov 及G. Sach s 用X 射線進行了的馬氏體相變取向關系的試驗。在R.F. M eh l 學派（包括C. S. Barret t） 在Sauveur 和周志宏的工作啟發(fā)下開展了一系列合金的魏氏組織的研究, 此后取向關系的測定一直是相變研究中的一個重要組成部分。
金相學發(fā)展階段
　　德國的Adolf Martens 和法國的Floris Osmond 分別在1878 及1885 年獨立地用顯微鏡觀察鋼鐵的顯微組織。他們都是與鋼鐵生產與使用有關的工程師。從1880 年起就開始了金相檢驗。因此, 他們的金相觀察結果很快就在冶金界傳播開來, 影響深遠, 在德國及法國甚至有一些學者還認為他們也是金相學的創(chuàng)始人。在十九世紀的六十到八十年代, 三個杰出的科學家分別在三個國家獨立地開始了鋼鐵的金相觀察。
　　一方面與蔡司光學儀器廠合作設計適于金相觀察的顯微鏡（這對金相技術的普及推廣起了很大的作用） ,另一方面對鋼鐵的金相進行了大量的系統研究, 發(fā)現了低碳鋼的時效變脆現象。由于他過于強調觀察細節(jié), 論文有時顯得煩瑣, 在理論分析方面建樹不多。但是, 在改進和推廣金相技術方面起了很大的作用。 金相檢驗是zui重要的檢驗方法之一, 其重要性決不亞于化學成分分析。到本世紀初不少鋼廠都有了金相檢驗室。
 
金相檢驗結果
　　首先, 在實驗技術方面他不限于金相觀察, 而是把它與熱分析、膨脹、熱電動勢、電導等物理性能試驗結合起來。這在當時不能不說是一種創(chuàng)舉,把金相技術擴大到更廣泛的范疇里去, 這在后來已成為金屬學的傳統研究方法了。其次, 在理論分析方面他也不限于顯微組織結構, 而是把它與化學成分、溫度、性能結合在一起, 注意研究它們之間的因果關系。換句話說, 他把金相學從單純的顯微鏡觀察擴大、提高成一門新學科。從這個角度來看,Osmond的貢獻是非常的。
　　Osmond 在實驗技術上精益求精, 是他拍攝的珠光體的高倍顯微像, 就是在今天用*的實驗儀器與照相器材, 要達到這么高的水平也非易事。
　　到了上世紀末或本世紀初, 金相學就已經成為一門新興的學科了，對金相學的普及推廣也起了重要的作用。
金相學功能
　　1、采集圖像，可通過數字CCD攝象頭等設備捕獲圖像，也可從文檔中打開圖像或從剪貼板中粘貼圖像，任何格式存儲的圖像均可用該軟件進行分析；
　　2、可按照美國材料實驗協會（ASTM）、蘇聯國家標準（GOST）和標準化組織（ISO）的標準參數，對金屬圖像進行下列全自動分析：
　?、侔凑誂STM E 1382-97，E 930-92，ISO 643和GOST 5639-82標準，分析平均顆粒大小和zui大顆粒大小；
　　②相位分析；
　　③金屬內含物或第二相位構成分析（按照ASTM E 1245-95和GOST 1778-70標準）；
　?、荑T鐵中石墨顯微結構分析（按照ASTM A 247-67和GOST 3443-87標準）；
　?、蒌撹F樣品的脫碳深度分析（按照ASTM 1077-91， GOST 1763-68和ISO 3887-77標準）；
　?、薇砻婧头謱訙y量。
　　3、通過與標準（標準具）結構對比的方法，分析金屬結構；
　　4、分析圖像、各種數據和圖表儲存于專業(yè)圖像數據庫中；
　　5、生成打印報告，包括圖像、數據和文字等內容；
　　6、圖像亮度、對比度和銳化等調節(jié)，改善質量；
　　7、圖像注釋（圖表和文字等）；
　　8、可手動或半自動對圖像進行各種測量。