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1 绪论
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材料是人类生产和生活的物质基础,它可以直接反映出人类文明的程度。金属材料的力学性能不仅与它的化学成分有关,也与它的组织结构有着密切的关系。了解它们之间的关系并掌握它们之间的变化规律,进行正确的金相分析是有效使用材料所必需的。
要进行金相分析,就必须制备能用于微观观察检验的样品—金相试样。通常,金相试样制备要经过以下几个步骤:取样、镶嵌、磨光(粗磨和细磨)和抛光。每项操作都必须严格细心因为任何阶段的失误都可能影响以后的步骤,在极端的情况下,不正确的制作可能造成假组织,从而得出错误的结论。金相试样的制备是通过切割机、镶嵌机、磨/抛光机来完成的。
金相试样的最终质量是由抛光工顺序决定的,抛光是金相制取试样过程中至关重要的一环。抛光是将试样上磨制产生的磨痕及变形层去掉,使其成为光滑镜面的最后工序。抛光试样的方法有机械抛光、电解抛光、化学抛光以及复合抛光等。机械抛光是现阶段应用最为广泛的抛光方法,其正确的工艺和操作方法是在保证获得优质的试样和其他条件
(如边缘保留及石墨和夹杂物保留等)的情况下具有最高的抛光速率选择可靠性高的金相试样抛光机,可以提高制样效率和质量,减少试样废品率,从而降低成本,提高经济效益,获得样品质量的高度一致性。
目前,。struers公司为金相制备和分析提供了一种全新的高效、高再现性自动控制系统。它的主募研磨抛光产品有MAPS、AbraPol—10、AbraPlan—i0、Abramin辞。不同的系统可以适应不同的操作环境。这些系统一般由一个或几个制备单元组成,每个单元包括研磨平台、清洁平台、干燥平台,可以高效快速的完成制备任务。buehler公司的产品从研磨到最后抛光整个过程全自动完成,可以设置50个常用工作程序,操作界面友好, 彩色液晶显示,触摸式操作,整个过程的每个工序之间都进行夹持器和样品的清洗与烘干,
充分保证了样品制备的高效与高质性,操作过程的全自动化模式,节省了人工并有效的提高了效率与质量。上述两家公司的产品价格昂贵,每台价值均在10000美元以上,耗资巨大且配件消耗和材料仍需进口,不适合我国国情。
国内目前其它厂家的产品多为手工操作,生产效率低、安全性差。多数机型的抛光盘为单盘或双盘,有水龙头,但冷却条件差,由于冷却条件差,试样表面易发热变灰暗,而且会继续增厚形变扰动层,对快速抛光好试样带来麻烦;抛光盘转速固定不变。而金相试样制各过程不允许组织变形,软相(石墨)脱落,硬相(碳化物),无磨痕,为此不同性质的材料,需采取不同措施。如:抛光铸铁试样时,试样在抛光过程中应不断旋转,尽量缩短抛光时间。而抛光铝制试样时,需采用较轻的压力和适当的转速(400r/min)方可保证不出现变形层{有的机型则采取变频无级变速1000r/min~50r/min,转速数字显示,但抛光为手动操作,在手工操作中,压力的大小仅凭手感控制,没有被量化,因此制样效率,准确性和再现性均不易保证。如南京测控科学器材设各有限公司的变频调速抛光机,上海金相机械设备有限公司
PW-I金相试样抛光机。
纵观国内外抛光机的状况,国内研发的抛光机在性能和外观等方面还存在一定差距。例如,国内研制的抛光机多数机型的抛光盘为单盘或双盘,有水龙头,但冷却条件差。由于冷却条件差,试样表面易发热变灰暗,而且会继续增厚形变扰动层,对快速抛光好试样带来麻烦;抛光盘转速固定不变,而金相试样制备过程不允许组织变形,软相(石墨)脱落,硬相(碳化物)浮凸,抛光后试样表面应光亮如镜、无磨痕。为此,不同性质的材料,需采取不同措施。而国外研制的全自动抛光机,能够自动控制冷却液的流量,整个操作过程采用全自动化模式,节省了人工并有效地提高了研究效率与质量。
2 金相试样抛光机设计思想及方案确定
金相试样抛光机对机械设计的要求有:精度高、运行平稳、工作可靠,具有良好的伺服性能。面对传动机构则要求:转动惯量小,以减小机械负载,避免对系统造成不良影响;刚度大,有利于减小动力损失,提高固有频率,增加闭环伺服系统的稳定性;阻尼合适。
金相试样抛光机对控制系统的要求有:能对压力进行控制。;能够按设定压力在夹具上产生弹性力;磨抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。能对时间进行控制。抛光时间过长,试样质量无法保证,时间过短达不到抛光质量。能对抛光速度控制