物理冶金

物理冶金是指通過非化學方法達到改變金屬性能的冶金學科，通過研究金屬及其合金的組成、組織結構和性能的內在聯繫，以及在各種條件下的變化規律，有效地使用金屬材料和為發展具有特定性能的金屬材料而服務的一門套用科學。其主要包括退火、調幅分解、形核、長大和粒子粗化等原理。

基本介紹

• 中文名：物理冶金
• 外文名：Physical metallurgy
• 解釋：通過非化學方法
• 包括：退火、調幅分解、形核
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉

簡介

物理冶金技術是失效分析的主要手段之一，在失效性質確定、失效模式判別及失效原因分析中發揮了重要作用。除了主要的組織形貌觀察、結構特徵分析、微區成分表征以外，還包括顯微硬度測定、物理性能表征、等溫凝固相變過程分析等，這些技術的綜合運用將在失效分析的系統性、科學性、準確性上提供有力的技術支持。隨著分析儀器設備的發展，一些新型的分析技術也相應得到發展。如: 俄歇電子譜儀、X 射線光電子譜儀等可用於材料最表面的幾個原子層的結構與成分分析; 中子衍射、同步輻射等可用於厚樣品內部缺陷的表征等; 分析電子顯微鏡系統實現了對材料組織—結構—成分—性能的一體化分析，可以原位、動態、三維地對材料進行表征，這些新技術的套用將極大地推動失效分析技術的發展。

物理冶金學中Zener的貢獻

美國理論物理學家Zener，中文譯名為甄納或齊納，研究領域涉及磁學、鐵磁性、擴散、斷裂、內耗、熱電性、最佳化運算。以他命名的現象有：Zener二極體(基於Zener effect)、Zener釘扎、Zener-Hollomon參數等。他是物理冶金學中非常重要的代表性人物。

理論物理學家Zener是物理冶金學中非常重要的代表性人物。他的一生碩果纍纍，每個概念都有其產生的背景與歷史根源。通過回顧他個人成長的歷史與學術軌跡，結合目前實際的科研套用，不僅能夠促進材料科學的教學與科研的融合，還能夠幫助更好地理解相關概念理論，對我國材料專業的教育發展和國際化水平提升都有著重要的意義。

物理冶金學中釘扎的套用

在取向矽鋼中Zener釘扎理論的利用可以說是到了極限。如果釘扎力不夠，即粒子數目少或粒子尺寸太大，則不能完全誘發高斯晶粒{110}<001>的異常長大。如果釘扎力過了，即粒子太多，則高斯織構不夠鋒銳，高斯取向晶粒被其他取向晶粒替代，造成磁性能下降。也可以利用粒子釘扎的反過程，即通過板材表面粒子比中心層粒子先熟化的特點，讓對無取向矽鋼有利的{114}<841>取向晶粒從表面逐漸吃掉{111}取向晶粒，最終形成從板材側面看是上下雙層柱狀晶的組織，具有強的{114}<841>織構。理想的話，這種兩層柱狀晶組織像人口中的兩排牙齒。

物理冶金學中絕熱剪下帶

高速形變是許多材料實際套用中經歷的一種服役方式，如汽車高速碰撞、高速切削、子彈高速穿透金屬板、穿甲彈等等。高速衝擊時形變不均勻，材料局部出現絕熱升溫，發熱軟化，出現絕熱剪下帶。絕熱剪下帶(Adiabatic shear bands)一詞是Zener在1948年最先提出的。其實，法國力學家Tresca早在1887年就觀察到此現象，不過當時使用的是“熱線”(hot lines)一詞。它與Tresca最先提出的鍛造後金屬出現的流線(flow lines)有密切的相似性。絕熱的出現是通過非常巧妙且簡便的方法測到的，即將樣品塗上蠟，高速衝擊出現絕熱剪下帶後，該區域的蠟便融化了。於是通過檢驗哪個區域的蠟融化了，就能確定那裡出現了絕熱升溫。而Zener是最先提出絕熱剪下帶一詞的科學家。絕熱剪下帶內因溫升不但晶粒出現超細化，發生連續式動態再結晶，還可能因升溫出現相變，形成白亮帶(bright bands)，其實是淬火馬氏體。

目前有了先進的電子背散射衍射(EBSD)技術，可對絕熱剪下帶進行取向、結構分析。最高應變數的絕熱剪下帶內反而是未相變的奧氏體(紅色區域)，剪下帶外部應變逐漸下降，反而有大量形變誘發的馬氏體(藍色)。剪下帶內出現晶粒的超細化。