浅析金相试样的制备过程

发布时间：2016-07-07 浏览次数：458

　　【摘　要】金相试样制备是金相组织分析的重要组成部分，通过对金相试样制备过程的试验研究，介绍其主要程序取样、镶样、磨光、抛光、浸蚀等各个步骤的操作方法及注意事项。
　　【关键字】金相试样制备；取样；浸蚀
　　通过金相观察可以检验原材料的组织和控制生产过程中产品的质量、检验产品质量及工件的失效分析等。由于研究材料各异，金相显微制样的方法也多种多样，其程序一般可分为取样、镶样、磨光、抛光、浸蚀等几个主要工序，制备金相样品是金相检验中的必要步骤，而样品制备的质量受人为因素影响较大，无论哪一个工序操作不当，都会影响Z终效果，导致错误的分析，达不到检验的目的，为此应引起金相检验人员对制样技术的高度重视。
　　1.取样
　　取样的目的是为了检验的方便和准确，因此，取样必须要恰到好处地给材料品质提出统计上可靠的描述，而检验费用又不至于太高^[1]。应根据研究目的选取有代表性的部位和磨面，金相试样较理想的形状是圆柱形和正方柱体。圆柱试样一般可取高10mm～15mm，直径10～15mm；方形试样取边长为10mm～15mm。在实际操作过程中，被检材料和零件的品种极多，各种各样的情况都有，要截取理想的形状与尺寸不是那么容易，所以一般可按实际情况稍加改动，但还是要遵循一定的原则[2]。试样的高度大致为其直径或边长的一半，形状与大小要便于握在手中磨制为宜。从实验制得的大块材料上切割，使之变成做试样用的小材料，金相样品的切割方法很多，必须根据材料的性质和状态，采取不同的切割方法对其进行切割。
　　2.镶样
　　镶嵌一般适用于细小及形状不规则的工件或者需观察表层组织的工件。镶嵌方法可满足高效自动化制样要求，根据磨抛机夹持头尺寸要求，制备镶嵌样品，可一次同时实现多个样品的磨抛要求，获得质量良好的磨抛表面^[3]。常用的镶嵌方法有机械镶嵌、环氧树脂冷嵌或塑料镶嵌，如图1所示。 　　机械镶嵌：用不同的夹具将不同外形的试样夹持。夹持时，夹具与试样之间、试样和试样之间应放上填片，填片应采用硬度相近且电位高的金属片，以免浸蚀试样时填片发生反应，影响组织显示。
　　对于一些不能加热和加压的试样可采用环氧树脂冷嵌。
　　塑料镶嵌：是在专用镶嵌机上进行，常用材料是电木粉，电木粉是一种酚醛树脂，不透明，有各种不同的颜色。镶嵌时在压模内加热加压，保温一定时间后取出。优点是操作简单，成型后即可脱模，不会发生变形。缺点是不适合淬火件。
　　3.磨光
　　试样磨光的目的是清除试样截取过程中所产生的损伤。磨制试样的过程分为粗磨和细磨两个步骤。试样取下后，首先进行粗磨，粗磨应视材料而定，硬性材料用砂轮磨平，软性材料用锉刀锉平。粗磨操作比较简单，但要注意磨平，而且应保证磨面不会因温度高而产生组织变化。对比较平坦的大部分试样，可采用粗砂纸磨平。细磨的目的是将粗磨留下的较深磨痕去掉，为抛光工序做好准备^[4]。
　　在磨制过程中，应注意以下几点：（1）磨制软材料时应在砂纸上加几滴润滑油，以免沙粒嵌入造成假像。磨过硬材料的砂纸不能再磨软材料。（2）每换一道砂纸，应清洗试样及双手，并将试样转90°，与旧磨痕垂直，以减少磨痕的加深和变形层的增厚。（3）Z好用流动水冲刷砂纸上脱落的磨粒，以减少磨光过程中磨粒的嵌入和滚压造成的变形层加深。
　　4.抛光
　　抛光过程是将试样上由磨光产生的磨痕和变形层去掉，但抛光只能抛去很薄的一层，不可能把很深的变形层抛去。所以试样只有在细磨后得到均匀的磨痕及较浅的变形层时才能进行抛光，但抛光过程中同样也会产生变形层，但抛光变形层的深度远小于磨光变形层。试样抛光的目的是去除金相磨面上因细磨所留下的细微磨痕，使磨面成为无划痕的光亮镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。
　　5.浸蚀
　　样品进行浸蚀的目的是使金相组织能够完全“显现”出来，常用的浸蚀方法有化学浸蚀、电解浸蚀和电化学浸蚀。具体采用化学溶解还是电化学溶解要取决于试样材料的组成性质及它们的相对量。常用的浸蚀剂很多，应按金属材料的不同和浸蚀目地的不同，选择恰当的浸蚀剂。浸蚀时间以刚好能揭示组织细节为度，浸蚀剂不同，显示组织的效果不同。试样腐蚀是较为关键的，腐蚀过浅或过深、表面不干净，特别是有石墨存在的铸铁，试样表面很容易产生花斑，这些都会使显微组织特征不明显，增加显微组织评定困难。金相试样腐蚀的一般步骤为：水冲洗试样→酒精→涂腐蚀剂→水冲洗试样→擦酒精→吹干。
　　6.结论
　　随着金相试样制备技术不断完善，在半自动或全自动金相试样制备方法尚未普及情况下，传统的手工金相试样制备还是不可缺少的。要根据各自实验室的具体条件，特别是对常用材料反复试验、不断探索，才能收到良好的效果制备好的试样应具备以下几点：组织有代表性。无假象，组织真实。夹杂物、石墨不脱落。无磨痕、麻点、或水液等。在显微镜下只能看到孔洞、裂纹、石墨、非金属夹杂物等。
　　参考文献：
　　[1]刘艳英，臧金旺，李宪武.金相试样制备过程概述[J].金属世界，2010（1）
　　[2]燕样样．浅谈铸铁金相试样制备方法[J]．金属热处理，2007，32（3）：104-105
　　[3]宗斌，王二平，魏建忠.XQ-2B型镶嵌机的操作规程[J].实验科学与技术2007，5（4）
　　[4]郦剑，吴涛，谢轶伦.金相样品制备及其对显微组织评判的影响[J].金属热处理，2006，31（10）