顯微鏡,顯微鏡價(jià)格,顯微鏡的價(jià)格

　　金相 學(xué) 史 話

　　郭可信

　　(中國(guó)科學(xué)院物理研究所北京電子顯微鏡試驗(yàn)室， 北京2724 信箱， 100080)

　　金相學(xué)史話(1)：金相學(xué)的興起

　　【摘　要】　Widmanstabtten在19世紀(jì)初用硝酸水溶液腐刻鐵隕石切片，觀察到片狀Fe-Ni奧氏體的規(guī)矩散布(魏氏組織)，予告金相學(xué)即將出生。Sorby在1863年用反射式顯微鏡觀察拋光腐刻的鋼鐵試樣，不但看到珠光體中的滲碳體和鐵素體的片狀組織，還對(duì)鋼的淬火和回火作了初步探討，金相學(xué)已基礎(chǔ)形成。到19～20世紀(jì)之交，Martens (馬氏)和Osmond對(duì)金相學(xué)的發(fā)展和金相檢驗(yàn)在廠礦中的推廣做了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)Roberts?Austen (奧氏) 和Roogzeboom初步繪制出Fe-C平衡圖，為金相學(xué)奠定了理論基本。到了二十世紀(jì)中葉，金相學(xué)已逐步發(fā)展成金屬學(xué)、物理冶金和材料科學(xué)。

　　【要害詞】　金相學(xué)；歷史；早期史

　　金相學(xué)或更廣義一點(diǎn)的金屬學(xué)及金相熱處置是冶金系與機(jī)械系大多數(shù)專業(yè)學(xué)生的必修課，講述的內(nèi)容是金屬與合金的組織構(gòu)造以及它們與物理、化學(xué)和力學(xué)性能間的關(guān)系。隨著現(xiàn)代技巧的發(fā)展，新資料層出不窮，金相學(xué)的范疇也已不限于金屬與合金，逐漸滲透到無(wú)機(jī)非金屬資料、礦物、有機(jī)高分子等，發(fā)展成為資料科學(xué)這門(mén)新學(xué)科。我國(guó)出版的金相學(xué)或金屬學(xué)教課書(shū)卻很少討論這門(mén)學(xué)科的早期發(fā)展歷史，二手顯微鏡價(jià)格，寬大金相熱處置工作者成天與奧氏體、馬氏體、魏氏組織等名詞打交道，甚至還在應(yīng)用索氏體、屈氏體等已過(guò)期的名詞，而不明白它們的來(lái)歷。本著溫故知新的主旨，我們籌備編寫(xiě)一些金相學(xué)史話，陸續(xù)發(fā)表，先容金相學(xué)(廣義的) 發(fā)展進(jìn)程中的一些有意義的史實(shí)，并借此說(shuō)明一些觀點(diǎn)。由于有些古老的文獻(xiàn)在國(guó)內(nèi)查閱不到，不得不從一些書(shū)刊專論中引用第二手的材料，再加上作者的知識(shí)又有局限性，過(guò)錯(cuò)之處必定不少，尚請(qǐng)讀者指正。

　　英文金相學(xué)Metallography 這一名詞在1721年首次呈現(xiàn)于牛津《新英語(yǔ)字典》(New English Dictionary) 中，不過(guò)那時(shí)這個(gè)名詞的含義是金屬及其性能的學(xué)問(wèn)，并未涉及組織結(jié)構(gòu)。十九世紀(jì)中葉，轉(zhuǎn)爐(1856) 及平爐(1864) 煉鋼新方式相繼問(wèn)世，鋼鐵價(jià)錢(qián)顯著降落，產(chǎn)量猛增。那時(shí)又正大事興建鐵路，鐵軌用量很大，斷裂事故也屢見(jiàn)不鮮。生產(chǎn)實(shí)際的須要增進(jìn)了對(duì)鋼鐵的斷口、低倍及內(nèi)部顯微組織結(jié)構(gòu)的研討。另一方面，晶體學(xué)在這個(gè)時(shí)代也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，如32個(gè)晶類(1830)及14個(gè)布喇菲點(diǎn)陣(1849)的樹(shù)立，這為研究礦物與金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)奠定了理論基本。到了十九世紀(jì)末，金相這一名詞也就獲得了新的意義，并與金屬與合金的顯微組織結(jié)構(gòu)結(jié)下了不解之緣，金相顯微鏡也就成為研究金屬內(nèi)部組織構(gòu)造的主要工具。后來(lái)金相研究的范疇逐步擴(kuò)展，也就不再限于顯微鏡視察了。

　　本文先容金相學(xué)興起的一些主要事件，主要是對(duì)金相觀察的啟蒙、創(chuàng)建、推廣等進(jìn)程作一歷史性的回想。限于篇幅，僅能重點(diǎn)突出地討論一些問(wèn)題，詳見(jiàn)文末所引有關(guān)文獻(xiàn)1～5。

　　1、啟蒙階段

　　在現(xiàn)代煉鋼辦法呈現(xiàn)之前，瑞典由于有高品位的鐵礦石和豐盛而又價(jià)廉的森林資源，在十八世紀(jì)時(shí)是歐洲的主要產(chǎn)鋼國(guó)度。另一方面，那時(shí)在瑞典涌現(xiàn)了一些有名的化學(xué)家，首先發(fā)明了鎳、鈷、錳、鉬、鎢等金屬元素。顯然，這些化學(xué)家的研究也包含鋼與鐵，如Bergman 首先用化學(xué)剖析辦法證實(shí)碳含量不同是鋼、鍛鐵和鑄鐵的主要差別。另一方面，Rinman在1774 年在瑞典皇家科學(xué)院院報(bào)上發(fā)表了一篇題為“鐵與鋼的腐刻”的論文，指出“不同類型的鐵與鋼的硬度、致密度、性能均勻與否等均有差別，腐刻為差別它們供給了一種簡(jiǎn)易的方法”。但是，這種用化學(xué)試劑腐刻金屬顯示其內(nèi)部組織的方法尚未采取制片及拋光技術(shù)，僅限于觀察鋼鐵產(chǎn)品的表面組織。

　　圖1　鐵隕石腐刻后直接印制的魏氏組織(1820)

　　Aloysvon Widmanstabtten (以下簡(jiǎn)稱魏氏) 在1808年首先將鐵隕石(鐵鎳合金) 切成試片，經(jīng)拋光再用硝酸水溶液腐刻，得出圖1的組織。鐵隕石在高溫時(shí)是奧氏體，經(jīng)過(guò)遲緩冷卻在奧氏體的{111}面上析出粗大的鐵素體片，無(wú)須放大，肉眼可見(jiàn)。四種取向的鐵素體在圖1中都可以察看到，其中三種是針狀，夾角為60°，另一種是片狀，平行于紙面。那時(shí)照像技術(shù)仍未呈現(xiàn)，過(guò)往都是將視察成果刻畫(huà)。魏氏在任奧地利皇家生產(chǎn)博物館主任之前曾從事過(guò)印刷業(yè)。他應(yīng)用印刷技巧，首先用腐刻劑將鐵隕石中的鐵素體腐化掉，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(lái)，一如我國(guó)古老的拓碑技術(shù)一樣。圖片之清楚可與近代金相照片媲美。魏氏的復(fù)制技術(shù)在那時(shí)不能不說(shuō)是一種非凡的成績(jī)。

　　但是，魏氏實(shí)驗(yàn)的更為深遠(yuǎn)的意義還是在科學(xué)方面，這不僅是宏觀或低倍觀察的開(kāi)始，也是顯微組織中取向關(guān)系研討的起始。盡管魏氏的重要試驗(yàn)成果當(dāng)時(shí)并未發(fā)表(直到1820年才由其合作者發(fā)表)，但已在集會(huì)上發(fā)布并廣為傳播，鐵隕石的研究盛行一時(shí)。在這之后的幾十年用各種化學(xué)試劑處置金屬切片表面的實(shí)驗(yàn)就在各處風(fēng)行起來(lái)，對(duì)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(xiàn)鉍在硝酸中浸泡數(shù)日后表面涌現(xiàn)立方的小蝕坑，樹(shù)立了用蝕坑法研究晶粒取向的技術(shù)。

　　(2) 1860年W.Lubders 在低碳鋼拉伸試樣表面上觀察到腐化水平與基體不同的條帶， 并準(zhǔn)確說(shuō)明這不是偏析而是由于局部的不均勻切變引起的，后來(lái)就以他的姓稱這種滑移帶為呂德斯帶。

　　(3) 1867年H.T resca 用氯化汞腐化顯示金屬部件中的流線(圖2)，闡明金屬在加工形變進(jìn)程中內(nèi)部金屬的流動(dòng)情形。上述試驗(yàn)奠定了宏觀腐刻及低倍檢驗(yàn)技術(shù)，在今天仍然是金屬研究和生產(chǎn)檢驗(yàn)中常使用的方式。

　　圖2　金屬部件中的流線(T resca，1867)

　　后來(lái)的研究指出，魏氏組織不但在鋼中并且在很多其它合金中涌現(xiàn)。本世紀(jì)二十年代A. Sauveur及周志宏[6 ]研究過(guò)碳含量極低的鐵在淬火后的魏氏組織；三十年代G. Kurdjumov 及G. Sachs 用X 射線進(jìn)行了著名的馬氏體相變?nèi)∠蜿P(guān)系的試驗(yàn)。在R.F. Mehl 學(xué)派(包含C.S. Barrett) 在Sauveur 和周志宏的工作啟示下開(kāi)展了一系列合金的魏氏組織的研究，此后取向關(guān)系的測(cè)定一直是相變研究中的一個(gè)主要組成部分[7 ]。

　　魏氏不是冶金學(xué)家，但是他在1808年的有名實(shí)驗(yàn)為金相學(xué)的創(chuàng)立起了開(kāi)路的作用，稱他是金相學(xué)的啟蒙人他是當(dāng)之無(wú)愧的。

　　 2、創(chuàng)立階段

　　1863年英國(guó)的H.C.Sorby (以下簡(jiǎn)稱索氏) 首次用顯微鏡觀察經(jīng)拋光并腐刻的鋼鐵試片，從而揭開(kāi)了金相學(xué)的序幕。他在鍛鐵中觀察到相似魏氏在鐵隕石中觀察到的組織，并稱之為魏氏組織。后來(lái)他又進(jìn)一步完美了金相拋光技巧，例如把鋼樣磨0.1025毫米的試片，并在攝影師的協(xié)助下拍攝了鋼與鐵的顯微像，根本上搞清了其中的主要相，并對(duì)鋼的淬火、回火等相變作了到現(xiàn)在看來(lái)還基礎(chǔ)上是準(zhǔn)確的說(shuō)明。索氏是國(guó)際公認(rèn)的金相學(xué)創(chuàng)立人，特殊是在英國(guó)和美國(guó)，都在1963年召開(kāi)了金相學(xué)出生一百周年報(bào)告會(huì)[4，5]，紀(jì)念索氏在1863年的發(fā)明(索氏在鍛鐵中觀察到魏氏組織的論文發(fā)表于1864年，但是在他的1863年7月28日的日記中對(duì)此已做了記錄)。他的姓氏還被用來(lái)命名鋼中的一種淬火或回火組織??Sorbite，即索氏體， 但是這個(gè)名詞現(xiàn)在已基礎(chǔ)淘汰了。

　　索氏在1826年誕生于英國(guó)鋼城Sheffield 中的一個(gè)鋼鐵世家中，他的祖先開(kāi)了兩家刀具廠，他繼續(xù)了其中之一。不過(guò)他生性熱愛(ài)自然，很少過(guò)問(wèn)他的產(chǎn)業(yè)，一直是一個(gè)從事地質(zhì)與金屬研究的自由研究工作者[8，9]。晚年還熱情教導(dǎo)，任Sheffield大學(xué)的第一任校長(zhǎng)。他畢生未婚，以探討自然奧秘為樂(lè)，共發(fā)表論文230篇，其中地質(zhì)方面約100篇，金屬方面僅15篇(具體目錄見(jiàn)文獻(xiàn)[10 ])。由此可見(jiàn)他的重要興致還是在地質(zhì)方面。

　　索氏年青時(shí)就對(duì)自然界的生物、礦物、地質(zhì)產(chǎn)生了極大的興致，他在21歲時(shí)發(fā)表的論文是“農(nóng)作物中的硫磷含量”。后來(lái)他從一位生物學(xué)家那兒學(xué)會(huì)了應(yīng)用顯微鏡觀察生物標(biāo)本及牙、骨等硬物的試片制備方式。這就導(dǎo)致了他后來(lái)用顯微鏡研究巖石從而樹(shù)立了巖相學(xué)(1850年) ，當(dāng)時(shí)他才24歲。這一新穎事物很快就受到普遍的器重，推重他是“顯微巖相學(xué)之父”，先后選他當(dāng)英國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)、礦物學(xué)會(huì)、顯微鏡學(xué)會(huì)的主席。但是，也有一些思想守舊的人嘲笑他“用顯微鏡研究山脈”，坐井觀天。但是這并攔阻不了科學(xué)向前發(fā)展的歷史潮流。

　　由于生涯在一個(gè)鋼城的鋼鐵世家中，索氏不可避免地會(huì)經(jīng)常接觸一些鋼鐵問(wèn)題，如用酸蝕綴飾刀具。到1863年索氏的巖相研究已經(jīng)很有成績(jī)，他開(kāi)端了鐵隕石的研究。為了弄清它的顯微構(gòu)造，他還研討一塊瑞典生產(chǎn)的鍛鐵的顯微結(jié)構(gòu)。為了視察不透明的鋼鐵試片，索氏采取反射式的垂直照明。惋惜當(dāng)時(shí)這件事并未引起鋼鐵界的注意，直到二十幾年后他被請(qǐng)求重新發(fā)表他的1863年的研究成果，才受到廣泛器重。他在自傳式的論文“科學(xué)研究五十年”中用譏笑的口氣說(shuō)：“在早年，假如鐵路出了一次事故而我建議鐵路公司取一段鐵軌進(jìn)行顯微鏡察看，恐怕他們會(huì)以為我是合適送進(jìn)教養(yǎng)院往的人”。

　　索氏在鋼鐵的顯微鏡觀察中發(fā)明的重要相是：

　　(1) 自由鐵(1890年美國(guó)有名金相學(xué)家Howe命名為Ferrite，即鐵素體) ；

　　(2) 碳含量高的極硬化合物(1881年Apel用電化學(xué)分別辦法斷定為Fe3C，1890年Howe命名為Cementite，即滲碳體) ；

　　(3) 由前兩者組成的片層狀珠狀組織Pearly Constituent (Howe命名為Pearlite，即珠光體) ；

　　(4) 石墨；

　　(5) 攙雜物。

　　他對(duì)珠光體的描寫(xiě)非常引人進(jìn)勝， 我們把他在1886年的闡述中的一段譯出如下：“珠狀組織中的片層經(jīng)常很薄，軟的鐵片層的厚度約為1/40000英寸，硬物為1/80000英寸，因此有間距約為1/60000英寸的棱脊和溝漕交替排列。這種特別組織的唯一能令人滿足的說(shuō)明可能就是在高溫時(shí)鐵與碳天生一種穩(wěn)固的化合物，在低一些溫度下不再穩(wěn)固，分解為上述兩種物資”。圖3是索氏當(dāng)年制備并察看過(guò)的鋼樣(現(xiàn)在仍有一些保存在Sheffield大學(xué)) 在1953年拍的顯微像，放大倍率為500倍，與當(dāng)年索氏應(yīng)用的560倍相仿。這就是他當(dāng)時(shí)看到的珠光體，何等清楚!


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