文档介绍：实验二金相显微试样的制备
初步掌握金相试样的制备原理。
学习金相试样的制备过程。
了解目前常用的金相显微组织显示方法。
了解目前制备金相试样的先进技术。
在生产与科研中,金相显微分析是研究材料内部组织的重要手段。其原理为,通过金相显微镜,利用材料表面不同凹凸面对光线反射程度的差别来显示显微组织状态。因此,为了清楚显示出组织细节,要求磨面无变形层,曳尾和划痕等,还要保护好试样的边缘。制样程序通常包括取样、镶样、磨光、抛光、腐蚀等几道工序。为了避免出现“伪组织”而导致错误的判断,需要掌握正确的制样方法。
取样
显微试样的选取应根据研究、检测目的,取其最具有代表性的部位。此外,还应考虑被测材料或零件的特点、工艺过程及热处理过程。例如:对于铸件,由于存在偏析现象,应从表面层到中心等典型区域分别取样,以便分析缺陷及非金属夹杂物由表及里的分布情况;对轧制和锻造材料,应同时截取横向及纵向检验面,以便分析材料在沿加工方向和垂直加工方向截面上显微组织的差别;而对热处理后的显微组织,一般采用横向截面。
对于不同性质的材料,试样截取的方法各有所异(图2-1),但应遵循一个共同的原则,即应保证被观察的截面不产生组织变化。对软材料,可以用锯、车、刨等方法。对硬而脆的材料,可用锤击的方法;对极硬的材料,可用砂轮切片机或电火花机和线切割机;在大工件上取样,可用氧气切割等等。
试样切取方法
图2-1 试样的切取方法
试样的尺寸以便于握持、易于磨制为准,一般为直径Ф12—15×15mm的圆柱体,或高度(或边长)15×15×15mm的正方体,如图2-2所示。对形状特殊或尺寸细小的试样,应进行镶嵌或机械夹持。
镶样
镶样的方法有很多,如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌和机械夹持等,如
图2-3和图2-4所示。目前一般是采用塑料镶嵌。先前材料有热固性塑料(如胶木粉)、热塑性塑料(如聚氯乙烯)、冷凝性塑料(环氧树脂加固化剂)等(表2-1)。
图2-2 金相试样的尺寸图2-3 金相试样的镶嵌方法
图2-4 常用镶嵌方法与材料
表2-1 常用环氧树脂镶嵌料配方
序号
原料名称
用量/g
固化时间/h
用途
1
618环氧树脂
磷苯二甲酸二丁脂
二乙醇胺(或乙二胺)
100
15
10
室温,24
60℃,4~6
较软及中等硬度的金属材料
2
618环氧树脂
磷苯二甲酸二丁脂
二乙醇胺
100
15
13
室温,24
120℃,10
150℃,4~6
固化温度较高,收缩小,适用于镶嵌形状复杂的小孔和裂纹的试样
3
6101环氧树脂
磷苯二甲酸二丁脂
间苯二胺
氧化铝或碳化硅粉(40μm)
100
15
15
适量
室温,24
80℃,6~8
高硬度试样或氮化层试样
采用塑料作镶嵌材料时,一般在金相试样镶嵌机上进行镶样。金相试样镶嵌机主要包括加压设备、加热设备及压模三部分(图2-5)。使用时将试样放在下模上,选择较平整的一面向下,在套筒空隙间加入塑料,然后将上模放入压模(套模)内,通电加热至额定温度后再加压,待数分钟后除去压力,冷却后取出试样。
当同时制备多个金相试样时,容易发生混淆,需在试样磨面的侧面或背面标号,标号时力求简单,能互相区别即可。一般使用钢字码打号﹑刻号,或在采用热塑性透明塑料镶嵌时,放入标签。无论用何种方法标记,都不能使试样表面组织发生任何变化。试样标号后装入试样袋,试样袋应记录试样名称﹑材料标号﹑工艺﹑送验单位﹑检验目的﹑内容以及检验结果等项目。当试样无法标号时,则可在试样袋上按其形状特征画出简图,以示区别。
a)外形示意图 b)镶嵌示意图
1­旋钮 2­上摸 3­套摸 4­加热器 5­试样 6­下摸 7­加压机构
图2-5 XQ­2型镶样机
磨制
磨制是为了得到平整的磨面,为抛光作准备。一般分为粗磨和细磨两步。图2-6表示切取试样后形成的粗糙表面,经粗磨﹑细磨﹑抛光后磨痕逐渐消除,得到平整光滑磨面的示意图。
图2-6 试样表面磨痕变化示意图
粗磨
粗磨的目的是为了整平试样,并磨成合适的外形。粗磨一般在砂轮机上进行。对很软的材料,可用锉刀锉平。使用砂轮机粗磨时,必须注意接触压力不可过大,若压力过大,可能使砂轮碎裂造成人身和设备事故,同时极易使磨面温度升高引起组织变化,并且使磨痕加深,金属扰乱层增厚,给细磨抛光带来困难。粗磨时需冷却试样,防止受热而引起组织变化。粗磨后需将试样和双手清洗干净,以防将粗砂粒带到细磨用的砂纸上,造成难以消除的深磨痕。
常规细磨方法
细磨的目的是消除粗磨时留下的较深的磨痕,为