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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。
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。
金相的基础知识金相即金相学，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。
奥氏体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。
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。
铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
珠光体4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。
上贝氏体5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。
过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。
金相图的原理及应用引言金相图是金相学的重要工具，它通过观察材料的显微结构和相组成来研究材料的性能和行为。
金相图的原理和应用在材料科学领域具有广泛的应用价值。
本文将介绍金相图的原理、制备方法以及其在材料科学领域的应用。
金相图的原理作为材料的性能和结构研究的重要方法之一，金相图是在显微镜下观察材料的显微结构来研究材料相组成和相变行为的一种手段。
金相图可以通过光学显微镜观察到的金相组织，利用显微镜的放大效果，可以清晰地观察到材料中的相分布、颗粒大小、晶粒形状等显微结构信息。
通过分析这些显微结构信息，可以获取材料的相组成、晶粒尺寸分布、相变温度范围等重要参数。
金相图的制备方法制备金相图需要首先获取材料的金相样品。
制备金相样品的方法通常包括金相样品的切割、磨削、腐蚀和脱硬化等步骤。
首先，材料样品被切割成适当的形状和大小，并通过磨削和抛光来获得平滑的表面。
接下来，利用酸性溶液进行腐蚀处理，去除样品表面的氧化层和其他杂质。
最后，样品经过脱硬化处理，使其恢复到切割之前的状态。
金相图的应用金相图在材料科学领域有着广泛的应用。
以下列举了金相图的一些主要应用：1.相组成分析：通过观察金相图中各相的颜色、形状等特征，可以推断出材料中不同相的组成成分，进而了解材料的化学成分及其比例关系。
2.显微组织研究：利用金相图可以观察到材料中的晶粒大小、晶粒形状、晶界等显微结构信息，从而研究材料的物理性质、力学性能等。
3.相变研究：金相图可以用来研究材料的相变行为，例如固相反应、液相反应、相变温度范围等，进而为材料的合金设计和性能优化提供依据。
4.材料硬度测试：金相图也可以用来观察材料的硬度和耐用性，通过显微镜下的观察可以评估材料的性能。
5.金相图数据库建立和应用：通过对大量材料进行金相图的实验和分析，可以建立金相图数据库，并通过数据库中的信息来预测和设计新材料的性能和行为。
结论金相图作为材料科学领域的重要工具，能够提供材料的相组成、晶粒尺寸分布、相变温度范围等信息。
【科普】Metallography 金相学——如何显示金属和合金的微观结构特征2014-11-13徕卡显微系统金相学即研究所有类型的金属合金的微观结构。
其可更准确地定义为观察和确定金属合金中化学和原子结构、构成部分的空间分布、夹杂物或相的科学准则。
广义来说，这些相同的原则可应用于任何材料的特性描述中。
在显示金属的微观结构特征时，可使用不同的技术。
大多数研究在明视场模式下使用人射光显微术进行，以及其他不常见的对比技术，比如暗视场或微分干涉对比（DIC），并且颜色（色调）蚀刻在金相学应用中正扩大光学显微镜的使用范围。
金属材料许多重要的宏观性质对微观结构高度敏感。
重要的力学性能，如抗拉强度或伸长率以及其他热学或电气性质，与微观结构直接相关。
微观结构和宏观性质之间的认识关系在材料的开发和制造方面起着关键的作用，是金相学的最终目的。
正如迄今所知，金相学很大程度上要归功于19 世纪科学家亨利·克利夫顿·索尔所做的贡献。
其使用谢菲尔德（英国）现代制造的钢铁的开创性研究突出了微观结构和宏观性质之间的密切联系。
他在临终前表示：“早期时，若发生铁路事故，我会建议公司带走铁轨并使用显微镜观察，而我就是处理此事的最佳人选。
但，这就是现在正在进行的事…”随着显微技术的新发展以及近来借助于计算机，在过去百年中，金相学已成为科学和工业进步的宝贵工具。
金相学中，利用光学显微镜最早确立的微观结构和宏观性质之间的相关性包括：▪晶粒尺寸减少，屈服强度总体提高▪各向异性的力学性能与伸长的晶粒以及/或优选的晶粒取向▪夹杂物含量增加，延展性总体下降▪夹杂物含量和分布对疲劳裂纹扩展速率（金属）及断裂韧性参数（制陶业）的直接影响▪故障起始位点与材料不均匀性或微观结构特点的关联，如第二相粒子通过检查和确定材料微观结构的数量，可更好地理解其性能。
因此，在组件使用寿命内，金相学几乎可用于所有阶段：从最初的材料开发到检查、生产、制造过程的控制以及故障分析（如需要）。
金相学的研究范畴金相学是研究金属材料的组织结构、性质和变化规律的一门学科，是材料科学和工程学中的重要分支。
其研究范畴主要包括金属材料的显微组织、相变、热处理以及性能等方面。
一、显微组织金相学的主要研究对象是材料的显微组织。
金属材料的显微组织分为晶粒、晶界、孪晶以及包括夹杂物、气孔等缺陷。
显微组织的形成与材料的制备工艺、热处理工艺、变形工艺等密切相关。
通过金相显微镜观察金属材料的显微组织，可以对材料的性能进行评估并指导材料的制备和应用。
二、相变相变是指材料的组织结构在一定条件下发生的变化。
金属材料在加热、冷却、变形等过程中会发生不同类型的相变，如固态相变、相变时的凝固组织演变、固溶体相变、析出等。
相变的类型和规律对材料的性能产生重要影响，因此对金属材料的相变行为进行研究对材料的制备和应用具有重要意义。
三、热处理热处理是指通过加热和冷却等工艺手段，改变材料的组织结构和性能的过程。
金属材料的热处理工艺包括退火、淬火、回火等。
通过对金属材料进行不同的热处理工艺，可以改善材料的硬度、强度、塑性、韧性等性能，以适应不同的应用环境。
四、性能金相学研究的另一个重要方面是材料的性能。
金属材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能等。
其中，力学性能是指材料在力学加载下的变形和破坏行为，包括强度、硬度、延展性、韧性等；物理性能是指材料在外界条件下的物理变化行为，包括热膨胀系数、热导率、电导率等；化学性能是指材料与化学物质相互作用的性质，包括耐腐蚀性、化学稳定性等。
通过对材料性能的研究，可以为材料的制备和应用提供指导和优化。
金相学是研究金属材料的组织结构、性质和变化规律的一门学科。
其研究范畴涉及显微组织、相变、热处理和性能等方面。
通过对金属材料的研究，可以为材料的制备和应用提供指导，并推动材料科学和工程学的发展。
金相学讲义一、金相学金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。
金相学指利用显微镜来研究金属中相的形貌；其后随着各种相关的学科和技术的发展，“金相学”的覆盖面逐渐扩大，经而成为综合地研究金属和合金成分、组织与性能关系的科学，其研究手段也推广到肉眼、放大镜、光学显微镜、电子显微镜以及X射线衍射等。
二、金相学的作用1、合金钢热处理的研究钢的热处理原理是以钢在加热和冷却过程中的相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要手段。
利用金相法研究不同钢种在不同温度下的等温分解过程，并综合成等温转变曲线，从中引出了临界淬火速度的概念，明确了不同合金元素对淬透性的影响。
形状记忆合金也是通过金相分析而发现的。
人们对Cu-Zn合金作高温金相分析发现，马氏体针随温度的升降，长度会缩短和伸长，此类马氏体称为热弹性马氏体，具有形状记忆效应。
在冷却时使它变形，再加热到临界点以上时，又恢复到原有形状。
2、控制机械产品的质量产品生产过程中的每一个环节，比如我们锅炉行业，从原材料验收、焊接工艺评定、加工工艺的控制的质量评定等，都要分别按照不同的标准，通过金相和其他的检验来确定合格与否。
3、失效分析机械装备和零件在使用过程中难以避免的，会出现变形、断裂、磨损及腐蚀等形式的失效，分析失效原因，并找出预防及补救措施，就是失效分析。
失效分析涉及众多学科和技术，需要广泛收集原始资料并运用多种技术手段进行测试分析。
其中对于判别失效最重要和最广泛的手段就是金相分析，而某些失效事故往往只须金相分析就可做出结论。
三、金相学的发展概况1、金相显微镜金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。
这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。
在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。
这种反射照明方式也广泛用于集成电路硅片的检测工作。
金相显微镜是金相分析的主要仪器。
钛合金金相学一、引言钛合金是一种具有优异性能的重要结构材料，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
而钛合金的性能与其组织结构密切相关，因此，研究钛合金的组织结构及其演变规律对于提高钛合金性能和开发新型钛合金具有重要意义。
而这就需要借助于金相学技术。
二、什么是金相学金相学是研究材料组织结构与性质关系的科学，主要通过显微镜观察和分析材料的显微组织结构来进行。
它是材料科学中最基本和最重要的分析方法之一，也是工程实践中最常用的方法之一。
三、钛合金金相学分析方法1.样品制备样品制备是进行钛合金金相学分析的第一步，它决定了后续观察和分析结果的准确性和可靠性。
样品制备需要注意以下几点：（1）尽量避免机械损伤；（2）保证样品表面平整光滑；（3）避免化学污染。
2.显微镜观察显微镜是进行钛合金金相学分析的重要工具。
常用的显微镜有光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
其中，光学显微镜是最常用的一种，它可以观察到材料的基本组织结构，并可以通过特定的染色方法来突出组织中不同成分的差异。
3.染色方法钛合金通常采用酸性染色法，如Kroll's reagent、Vilella's reagent、Kroll's II reagent等。
这些染色剂可以突出α相、β相和ω相等不同组织结构中的差异，从而更加准确地分析钛合金的组织结构。
4.图像处理与分析对于得到的图像，需要进行处理和分析以获得更多信息。
图像处理包括亮度调整、对比度调整、锐化等操作；而图像分析则包括晶粒大小测量、晶体取向测量、相含量计算等操作。
四、钛合金金相学应用案例1.α+β型钛合金（Ti-6Al-4V）的金相学研究α+β型钛合金是目前应用最广泛的钛合金之一，其中Ti-6Al-4V是最为常见的一种。
通过金相学分析，可以得到该钛合金的组织结构、相含量和晶粒大小等信息。
例如，在使用Kroll's reagent染色后观察该钛合金的显微组织结构，可以看到α相和β相交替出现，并且晶粒大小在20~50μm之间。
金相学中杠杆定律的应用金相学中的杠杆定律是一项重要的应用，它可以用来帮助我们更好地了解金属的性质和行为。
杠杆定律是一个物理原理，也被称为杠杆原理。
它是指当系统中的力量在一个杠杆上施加的时候，这个杠杆将会转动，并且造成力矩的应用。
金相学中，杠杆定律适用于特定的金属合金中的晶粒行为，例如相界移动和晶粒的转移。
本文将简要介绍金相学中杠杆定律的应用。
1. 相界移动相界移动是指当晶体在不同温度下合并和分裂时，晶粒之间发生的变化。
杠杆定律可以用来计算相界间的力矩，从而推导出晶界移动的速率。
晶界移动的速率可以影响材料的焊接和腐蚀性质等方面。
2. 晶粒转移晶粒转移是指由于晶粒的生长和缩小而导致晶粒的移位。
这个过程可以通过杠杆定律来描述，因为晶粒的移动会在晶界上产生一个力矩，从而推导出晶粒的移动速率。
因此，杠杆定律可以用来推导晶粒形态变化的速率。
3. 计算激活能杠杆定律还可以用来计算激活能，也就是材料在晶界移动或晶粒转移过程中所需的能量。
具体来说，它可以通过测量晶界移动和晶粒转移的速率，并使用杠杆定律计算力矩和动能来计算激活能。
这有助于了解材料的热力学性质和原子结构。
4. 物理模拟杠杆定律在金相学中也被用来进行物理模拟。
例如，可以模拟晶界移动或晶粒转移的过程，从而推导材料的行为。
这种方法通常用于研究材料的结构和性质，并且可以支持对材料的机械，热力学和电学性质的实际应用。
5. 核磁共振技术现代材料科学中还广泛使用核磁共振技术，因为它是一种无损检测材料结构和组分的方法。
杠杆定律往往被用来解释核磁共振谱线上的信号，这有助于理解结构的细节，并评估材料的质量。
钛合金金相学1. 什么是钛合金金相学钛合金金相学是研究钛合金组织结构和性能之间关系的学科，主要包括金相显微镜观察、金相分析、金相实验和金相测试等内容。
通过研究钛合金的金相学可以了解钛合金的晶体结构、晶粒大小、晶界、显微缺陷以及相成分等信息，为探索钛合金的机械性能、热处理和加工工艺等提供基础数据和理论依据。
2. 钛合金的组织结构钛合金晶体结构属于紧密堆积类型，具有六方最密堆积结构。
由于钛合金熔点高、活化能低，常温下主要以α-相为主。
α-相具有典型的重叠层状结构，晶胞参数长轴a和c比值约为1.587。
钛合金的微观组织通常由α相和β相组成。
α-相是钛合金的稳定相，具有良好的韧性和可塑性；β-相是高温相，具有较高的强度和硬度。
钛合金的性能取决于α-相和β-相的比例和分布状态。
3. 钛合金的金相分析方法3.1 金相显微镜观察金相显微镜是研究钛合金组织结构最常用的工具之一。
通过金相显微镜观察，可以得到钛合金的晶体形貌、晶界、孪晶等信息，并进行组织相区分。
3.2 金相染色金相染色是通过染色剂与钛合金组织发生反应，使组织的不同相成分着色，以便于观察和分析。
目前常用的钛合金金相染色方法有：•Kroll显色法：主要用于α-相的染色，通过一种含氧化钒的染色液对α-相进行显色，显色后α-相呈蓝紫色，其它相呈黄色。
•GIM染色法：主要用于β-相的染色，通过一种含氧化铀的染色液对β-相进行显色，显色后β-相呈黄色或绿色，其它相无色或微淡黄色。
3.3 金相分析方法金相分析是通过对钛合金的金相显微镜观察和分析数据的整理和分析，得到钛合金的相成分、晶粒尺寸、晶界分布等信息。
常用的金相分析方法包括图像分析、光学显微镜观察和扫描电子显微镜观察等。
图像分析软件可以自动处理显微镜观察的图像，计算出晶粒尺寸、晶界长度、相体积分数等数据。
4. 钛合金的金相实验和测试4.1 金相试样制备金相实验的首要任务是制备钛合金金相试样。
常用的制备方法包括机械研磨、机械抛光和电解抛光等。
金属：具有正的电阻温度特性的物质。
晶体：物质的质点（原子、分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质叫晶体。
原子排列规律不同，性能也不同。
点阵或晶格：从理想晶体的原子堆垛模型可看出，是有规律的，为清楚空间排列规律性，人们将实际质点（原子、分子或离子）忽略，抽象成纯粹几何点，称为阵点或节点。
为便于观察，用许多平行线将阵点连接起来，构成三维空间格架。
这种用以描述晶体中原子（分子或离子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称点阵或晶格。
晶胞：由于排列的周期性，简便起见，可从晶格中取出一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析原子排列的规律性。
这个用以完全反映晶格特征最小的几何单元称为晶胞。
多晶型转变或同素异构转变：当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。
空位：某一温度下某一瞬间，总有一些原子具有足够能量克服周围原子约束，脱离原平能位置迁移到别处，在原位置上出现空节点，形成空位。
到晶体表面，称为肖脱基空位；到点阵间隙中，称弗兰克尔空位；位错：它是晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，使长达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内原子离开平衡位置，发生有规律的错动，所以叫做位错。
基本类型有两种：即刃型位错和螺型位错。
晶界：晶体结构相同但位相不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界。
小角度晶界位相差小于10°，基本上由位错组成。
大角度晶界相邻晶粒位相差大于10°，晶界很薄。
亚晶界和亚结构：分别泛指尺寸比晶粒更小的所有细微组织及分界面。
柯氏气团：刃型位错的应力场会与间隙及置换原子发生弹性交互作用，吸引这些原子向位错区偏聚。
小的间隙原子如C、N 等，往往钻入位错管道；而大置换原子，原来处的应力场是受压的，正位错下部受拉，由相互吸引作用，富集在受拉区域；小的置换原子原来受拉，易于聚集在受压区域，即位错的上部。
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。
