主要是研究金属材料组织的一门学科，其通过对金属材料的宏观和微观组织的研究不同的结构组份，也即各个晶体（相）或晶体群（共晶体，共析体等等）的含量、大小、形状、颜色、位向和硬度。

金相学发展

金相学源渊

金相学研究

金相学发展阶段

金相检验结果

金相学功能

金相学发展

金相学的研究是随着分析手段的不断进步，对金属的组织结构得到更加深刻的认识，从早期的借助光学显微镜的分析，发展到现代的电子显微镜技术，大大提高了显微镜的分辨能力。电子显微镜的最大特点是分辨率高、放大倍数高，在光学显微镜下分辨不清的组织，在电子显微镜下可一目了然；另外，电子显微镜的景深长，这对于分析断口十分有利；电子显微镜还可进行电子衍射，把对合金相的形貌观察和结构分析结合起来，便于鉴定物相；同时，还可直接观察晶体的缺陷（层错、位错等）以及某些材料的沉淀过程。可以说电子显微镜的出现为金相学对发展产生了深远的影响。

金相学的一项重要内容就是金相检验。金相检验工作是理论和实践性部很强的工作，涉及到检验人员的理论水平、业务素质及实际操作能力，因此，金相检验的正确判定对于提高机械工业产品的内在质量起到至关重要作用。

金相学源渊

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。

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, 图片之清晰可与近代金相照片媲美。

但是, 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。

金相学--低倍检验技术

(2) 1860 年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。

(3) 1867 年H.T resca 用氯化汞腐蚀显示金属部件中的流线 , 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。

金相学研究

金相学研究最重要的手段是光学金相显微术和电子显微学(见金属和合金的微观分析)。利用 X射线衍射或电子衍射等进行的金属结构分析和利用各种电子光学仪器进行的金属微区成分分析，有时也包括在金相学所研究的范畴内。研究金属及合金内部组织结构的学科。是从19世纪初开始逐步形成的。金相学过去曾定义为研究金属及合金的成分组织结构以及它们同性能之间关系的科学随着这一学科研究领域不断扩大。

后来的研究指出, 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。

金相学发展阶段

德国的Adolf Martens 和法国的Floris Osmond 分别在1878 及1885 年独立地用显微镜观察钢铁的显微组织。他们都是与钢铁生产与使用有关的工程师。从1880 年起就开始了金相检验。因此, 他们的金相观察结果很快就在冶金界传播开来, 影响深远, 在德国及法国甚至有一些学者还认为他们也是金相学的创始人。在十九世纪的六十到八十年代, 三个杰出的科学家分别在三个国家独立地开始了钢铁的金相观察。

一方面与蔡司光学仪器厂合作设计适于金相观察的显微镜(这对金相技术的普及推广起了很大的作用) ,另一方面对钢铁的金相进行了大量的系统研究, 发现了低碳钢的时效变脆现象。由于他过于强调观察细节, 论文有时显得烦琐, 在理论分析方面建树不多。但是, 在改进和推广金相技术方面起了很大的作用。 金相检验是最重要的检验方法之一, 其重要性决不亚于化学成分分析。到本世纪初不少钢厂都有了金相检验室。

金相检验结果

首先, 在实验技术方面他不限于金相观察, 而是把它与热分析、膨胀、热电动势、电导等物理性能试验结合起来。这在当时不能不说是一种创举,把金相技术扩大到更广泛的范畴里去, 这在后来已成为金属学的传统研究方法了。其次, 在理论分析方面他也不限于显微组织结构, 而是把它与化学成分、温度、性能结合在一起, 注意研究它们之间的因果关系。换句话说, 他把金相学从单纯的显微镜观察扩大、提高成一门新学科。从这个角度来看,Osmond的贡献是非常卓越的。

Osmond 在实验技术上精益求精, 是他拍摄的珠光体的高倍显微像, 就是在今天用先进的实验仪器与照相器材, 要达到这么高的水平也非易事。

到了上世纪末或本世纪初, 金相学就已经成为一门新兴的学科了，对金相学的普及推广也起了重要的作用。

金相学功能

采集图像

1、采集图像，可通过数字CCD摄象头等设备捕获图像，也可从文档中打开图像或从剪贴板中粘贴图像，任何格式存储的图像均可用该软件进行分析；

2、可按照美国材料实验协会(ASTM)、苏联国家标准(GOST)和国际标准化组织(ISO)的标准参数，对金属图像进行下列全自动分析：

①按照ASTM E 1382-97，E 930-92，ISO 643和GOST 5639-82标准，分析平均颗粒大小和最大颗粒大小；

②相位分析；

③金属内含物或第二相位构成分析（按照ASTM E 1245-95和GOST 1778-70标准）；

④铸铁中石墨显微结构分析（按照ASTM A 247-67和GOST 3443-87标准）；

⑤钢铁样品的脱碳深度分析（按照ASTM 1077-91， GOST 1763-68和ISO 3887-77标准）；

⑥表面和分层测量。

3、通过与标准（标准具）结构对比的方法，分析金属结构；

4、分析图像、各种数据和图表储存于专业图像数据库中；

5、生成打印报告，包括图像、数据和文字等内容；

6、图像亮度、对比度和锐化等调节，改善质量；

7、图像注释（图表和文字等）；

8、可手动或半自动对图像进行各种测量。

织的研究不同的结构组份，也即各个晶体（相）或晶体群（共晶体，共析体等等）的含量、大小、形状、颜色、位向和硬度。