第二章 光學(xué)金相顯微試樣的制備

1、光學(xué)金相顯微試樣的制備光學(xué)金相顯微試樣的制備2.1原理原理顯微分析是研究金屬內(nèi)部組織的最重要的方法。在金相學(xué)一百多年的發(fā)展歷史中，絕大部分研究工作是借助于光學(xué)顯微鏡完成的。近年來，電子顯微鏡的重要性日益增加，但是光學(xué)顯微金相技術(shù)在教學(xué)、科學(xué)和生產(chǎn)中仍將占據(jù)一定的位置。試樣制備工作包括許多技巧，需要有長期的實踐經(jīng)驗才能較好地掌握；同時它也比較費時和單調(diào)，往往使人感到厭煩。金相顯微鏡的使用之所以比生物顯微鏡晚二百年，其原因就是由于長期沒有解

2、決好試樣制備問題。由于研究材料各異，金相顯微制樣的方法是多種多樣，其程序通常可分為取樣、鑲樣、磨光、機械拋光(或電解概拋光、化學(xué)拋光)、腐蝕等幾個主要工序，無論哪一個工序操作不當(dāng)，都會影響最終效果。因此，不應(yīng)忽視任何一個環(huán)節(jié)。不適當(dāng)?shù)牟僮骺赡苄纬伞皞谓M織”導(dǎo)致錯誤的分析。為能清楚的顯示出組織細節(jié)，在制樣過程中不使試樣表層發(fā)生任何組織變化，曳尾、劃痕、麻點等，有時尚需保護好試樣的邊緣。2.2取樣取樣選擇合適的、有代表性的試樣是進行金相顯微

3、分析的極其重要的一步，包括選擇取樣部位、檢驗面及確定截取方法、試樣尺寸等。一、取樣部位及檢驗面的選擇一、取樣部位及檢驗面的選擇取樣部位及檢驗面的選擇取決于被分析材料或零件的特點、加工工藝過程及熱處理過程，應(yīng)選擇有代表性的部位。生產(chǎn)中常規(guī)檢驗所用試樣的取樣部位、形狀、尺寸都有明確的規(guī)定(詳見有關(guān)行業(yè)和國家頒布標(biāo)準(zhǔn))。零件失效分析的試樣，應(yīng)該根據(jù)失效的原因，分別在材料失效部位和完好部位取樣，以便于對比分析。對鑄件，必須從表面到心部，從上部到

4、下部觀察其組織差異，以了解偏析情況，以及縮孔疏松及冷卻速度對組織的影響。因此，取樣時要兼顧考慮，對鍛軋及冷變形加工的工件，應(yīng)采用縱向檢查面，以觀察組織和夾雜物的變形情況，而熱處理后的顯微組織則應(yīng)采用橫向截面。二、試樣的截取二、試樣的截取取樣時，應(yīng)保證被觀察的截面由于截取而產(chǎn)生組織變化，因此對不同的材料要采用不同的截取方法：對于軟材料，可以用鋸、車、刨等加工方法；對于硬材料，可以用砂輪切片機切割或電火花切割等方法。對于硬而脆的材料，可以用

5、錘擊方法。在大工件上取樣，可用氧氣切割等方法。在用砂輪切割或電火花切割時，應(yīng)采取冷卻措施，以免試樣因受熱而引起組織變化。三、試樣尺寸三、試樣尺寸金相試樣的大小以便于握持、易于磨制為準(zhǔn)。通常顯微試樣為直徑15mm、高15~20mm的圓柱體或邊長為15~25mm的立方體。對于形狀特殊或尺寸細小不易握持的試樣，要進行鑲嵌或機械夾持。試樣取下后一般黑色金屬要用砂輪打平，對于很軟的材料(如鋁、銅、鎂等有色金屬)可用銼刀銼平。磨砂輪時應(yīng)利用砂輪的側(cè)

6、面，并使試樣沿砂輪徑向緩慢往復(fù)移動，施加壓力要均勻。這樣既可以保證使試樣磨平，還可以防止砂輪側(cè)面磨出凹槽，使試樣無法磨平。在磨制過程中，試樣要不斷用水冷卻，以防止試樣因受熱升溫而產(chǎn)生組織變化。此外，在一般情況下，試樣的周界要砂輪或銼刀磨成45角，以免在磨光及拋光時將砂紙和拋光織物劃破，但是對于需要觀察表層組織(如滲碳層、脫碳層)的試樣，則不能將邊緣磨圓，這表面變形層厚度變化示意圖。圖中A、B、C均為變形層，越往里，變形量越小，D為未受損

7、傷的組織。此過程要注意防止金屬過分發(fā)熱。(2)精磨精磨的目的是消除粗磨時留下的較深的磨痕，為下一步拋光打好基礎(chǔ)。精磨通常是在砂紙上進行，砂紙分水砂紙和金相砂紙。通常水砂紙為SiC磨料不溶于水，金相砂紙的磨料有人造剛玉、碳化硅、氧化鐵等，性均極硬，呈多邊棱角，具有良好的切削性能，精磨時可用水作潤滑劑進行手工濕磨或機械濕磨，通常使用粒度為240、320、400、600四種水砂紙進行磨光后即可進行拋光，對于較軟金屬，應(yīng)用更細的金相砂紙磨光后再

8、拋光。對于有一定數(shù)量的試樣，精磨可用手工濕磨機(圖24)進行。圖24示出手工操作的砂紙濕磨設(shè)備的外形圖，砂紙朝外向下傾斜(從操作者方向看)，粘貼在平板玻璃上磨制時，將試樣磨面平后在砂紙上，直線向前推退回時離開砂紙，這種反復(fù)進行，直到舊的磨痕全部消失，在整個磨面上得到方向一致均勻的新磨痕邊止，每換一道砂紙之前，必須先用水洗去樣品和手上的砂粒，并擦干，然后將試樣旋轉(zhuǎn)90在次級砂紙上磨制。使用時流動的水不停地從砂紙表面流過，及時地把絕大部分磨

9、屑和脫落的磨粒沖走。這樣在整個磨光操作過程中，磨粒的尖銳棱角始終與試樣的表面接觸，保持其良好的磨削作用。濕磨法的另一優(yōu)點是，水的冷卻作用可以減少磨光時在試樣表面產(chǎn)生的摩擦熱，避免顯微組織發(fā)生變化。整個磨光工序可以在同設(shè)備上完成。除此以外還可以采用機械磨制(圖25)將不同粒度的碳化硅砂紙分別置于邊緣略有突起放了一些水的電動轉(zhuǎn)盤上，則隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，砂紙下面的水被甩出，砂紙被吸附在轉(zhuǎn)盤上，即可進行機械濕磨，磨光效率能進一步提高。圖26示出轉(zhuǎn)盤

10、式金相預(yù)磨機，使用時用水作潤滑劑和冷卻劑。配有微型計算機的自動磨光機，可以對磨光過程進行程序控制，整個磨光過程可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成。2.5拋光拋光拋光的目的是要盡快把磨光留下的細微磨痕成為光亮無痕的鏡面，金相試樣的拋光基本分為機械拋光、化學(xué)拋光、電解拋光三類。圖23試樣經(jīng)過切削磨光后變形層厚度變化示意圖圖24手工操作砂紙濕磨設(shè)備外形圖圖25a轉(zhuǎn)盤式金相予磨機1電動機2底座3軸4磨盤5水砂紙6螺釘7開關(guān)8罩9盤10調(diào)節(jié)旋釘11蓋12水管圖2