样品的制备2010.ppt

第二章 金相样品的制备一、试样截取部位的选择 Module Objective§1.§1.金相试样的截取金相试样的截取取样部位很重要，取样部位的恰当与否，直接影响检验 结果的正确性金相试样截取部位决定于检验的目的与要求例如要求 检验机械设备某零件破裂的原因，就应该在零件破裂处和远 离破裂处分别取样，观察组织的异同，分析比较找出导致破 裂的可能原因 Module ObjectiveLesson Objectives金属材料的组织因材料的生产工艺不同而有所变化 所以不同工艺生产的坯材或零件，进行检验时，取样 部位也不同例如研究铸件的金相组织，必须从铸件 表层到铸件中心同时取样进行观察根据各部位金相 组织的差异，了解合金偏析程度和结晶组织的变化 对于热轧型材应同时截取横向及纵向的金相试样横向 试样垂直于轧制方向截取、主要研究表层缺陷（如脱碳折叠 等）及非金属夹杂物的分布；对于很长的轧制型材，应在两 端和中间各取试样观察，以比较夹杂物的偏激情形纵向试 样平行轧制方向截取，主要研究非金属夹杂物的形状，以决 定夹杂物的类型，同时也可以根据纵向磨面上晶粒拉长的程 度，估计冷变形程度以及轧制工艺的情况。

Module ObjectiveLesson Objectives经过一系列热处理工艺后的机械零件，其内部的金相 组织是比较均匀的，可以截取任一截面的试样，但有 时也应注意零件的表层情况如氧化，脱碳等 表面化学热处理和镀层部件取样应垂直于表面以便 观察其组织，测试其厚度金相试样取样部位确定以后，应进一步确定那一个试 样面作为磨面一般在研究结果或检验报告上所列金相图 片，必须说明试样截取的部位与金相磨面的方向，有些情 况下还应该绘图示意标出对于各种钢的型材或钢坯的检验，试样截取的部位在 有关的国家标准中都有明确的规定 Module ObjectiveLesson Objectives二、金相试样截取的方法金相检验结果的正确与否，与取样截割过程也是 很有关系的不管用什么方法截取，在截取过程中， 要求试样内部的组织不发生改变组织的改变，对检 验结果就会带来谬误为了防止组织的改变，切割时 必须注意两点： Module ObjectiveLesson Objectives1 1）） 防止切割时金属材料发生范性形变，改变金相组防止切割时金属材料发生范性形变，改变金相组 织，如多晶体锌、镉中出现形变孪晶；软钢及有色金织，如多晶体锌、镉中出现形变孪晶；软钢及有色金属的晶粒因受力而压缩、拉伸或扭曲等等。

属的晶粒因受力而压缩、拉伸或扭曲等等2） 防止金属材料因受热引起金相组织的变化，加淬火钢 的马氏体组织，常因切割和磨削过程产生的热量而形成回 火马氏体某些低熔点金属（如锌，铅、锡等）的再结晶 温度低于室温，试样切割过程中产生范性形变和热量，有 时会引起再结晶过程，使试样原来的晶粒大小改变因此 切割试样时应尽量减小变形和发热 Module ObjectiveLesson Objectives切割试样的工具很多，有手锯，锯床，砂轮切割机，电 火花切割机，显微切片机以及化学切割装置等根据零件的 大小和材料的软硬，选择适当的方法来切割 金相试样的形状，一般选择长方体和圆柱体两种其尺 寸不宜过大或过小，试样尺寸过小，拿捏不方便，且易造成 边缘缺陷和磨面不平坦；试样过大，研磨时耗费时间多，同 时试样的磨面也易残留磨痕和其他缺陷长方体试样磨面的 面积为12mm×12mm，高度为12mm圆柱体的直径为12mm ，高度为12mm若被研究的物体边缘没有要求时，可以倒掉 棱角如果试样有特殊性，则不限于形状尺寸要求，可根据 研究的目的，视具体情况而定 Module ObjectiveLesson Objectives§2 §2 试样的镶嵌试样的镶嵌当所切取的试样形状不规则，或过于细小，不易持拿，或用于自动磨、抛光机上研磨样品，都需要对试样进行镶嵌。

镶嵌的方法有很多，目前应用最广的有塑料镶嵌和机械夹 持法 Module ObjectiveLesson Objectives§3 §3 金相试样的磨光与抛光金相试样的磨光与抛光一、磨料经截取镶嵌好的试样，表面粗糙，形变层厚，必须经 过磨光与抛光在磨光与抛光过程中的一个共同问题就是 磨粉的选择磨料选择适当与否，对制备好金相样品是极 其重要的应用于金相磨光和抛光全过程的磨料，只有氧 化铝和金刚石，这两种磨料既适用于粗磨、细磨，也适用 于粗抛、细抛，是全相样品制备的最好磨粉其次适合于 磨光用的是SiC混合刚玉（Emery）和人造刚玉等；适合于 抛光用的有氧化镁（MgO），氧化铁Fe2O3和氧化铬（ Cr2O3）用于金相制样的磨料其粒度尺寸在100mm以下 Module ObjectiveLesson Objectives1. 1. 氧化铝氧化铝 氧化铝（Al2O3）是广泛应用的磨粉 它有高的硬度，莫氏 硬度达9，有低的化学反应能力，与被磨制的材料一般不起化 学反应它可制作砂轮、砂带、砂纸等用于磨光；制作散装 的细粉或罐装研磨膏用于抛光，均有良好的效果氧化铝有同素异构转变，它有 a、b、g三种不同的晶体 结构。

人造的氧化铝可以得到a或g不同晶型A 属于六方晶 系，磨料粒子尺寸可以细到0.3～1.0m m，常用的磨料就是这 一种晶体；g为立方晶系，磨料粒子尺寸可以细到0.05mm， 只有在扫描电镜或电子显微镜下，才能测试其粒度及形状g 型Al2O3呈薄片状，被认为是极理想的最后抛光用的磨料常 用的是a-Al2O3抛光粉，其粒度是在15～0.3 mm之间，能满足 制样技术上的要求，价格又便宜 Module ObjectiveLesson Objectives2. 2. 金刚石金刚石 金刚石磨料具有极高的硬度，莫氏10，颗粒尖锐锋利，有良 好的磨削作用，是很理想的抛光磨料这种磨料有三个优点： 1） 磨粒硬度极高而且极尖锐，无论对软的或硬的材料都具有 良好的磨削作用合金组织中如果有软硬相差悬殊的不同相， 用金刚石粉抛光可以得到良好的结果如铸铁中的石墨，钢中 的夹杂物，钢表面的硬化层，镀锌钢板以及复合材料等，用金 刚石粉抛光可以得到其他磨料所得不到的良好的结果此外如 硬质合金只有用金刚石粉才能进行有效的抛光 2） 磨料基本上是纯粹的磨削作用，而无滚压作用，所以试样 表层形变扰乱金属层基本不产生 3） 磨粒的切削寿命很长，切削能力很高，所以磨料消耗极少 ，制备的样品又好。

Module ObjectiveLesson Objectives金刚石粉是天然金刚石的下脚料或人造金刚石制成，粒 度一般在45～0.25mm之间，15mm以下适用于金相抛光使 用较多的是7mm、5mm、3mm、1mm和0.5mm通常金刚石粉多半制成研磨膏使用 金刚石研磨膏是硬脂酸、三乙醇胺、肥皂乳剂（润湿剂） 和金刚石粉制成的，配比如下： 硬脂酸12.5g 三乙醇酸6.0ml 水20.5ml 润湿剂少量 一定粒度的金刚石粉0.5g Module ObjectiveLesson Objectives3. 3. 碳化硅碳化硅 碳化硅（SiC）具有高的硬度，莫氏9.5碳化硅有尖锐的棱角，锯齿状，磨削能力强，有黑色、绿色两种， 绿色者较纯净，两者都具有玻璃光泽，是制造金相水砂 纸的磨料，亦可用于粗抛光，便宜而寿命长 Module ObjectiveLesson Objectives4. 4. 混合刚玉混合刚玉 混合刚玉粉是一种天然生成的氧化铅和氧化铁的混合 物，比氧化铝软，因为其中含有较软的氧化铁相Fe2O3此磨料用来制造干金相砂纸已经有相当长的时间了在有关 的书籍或资料中，混合刚玉磨料等级的编号是1、1/0、2/0 和3/0，粗略地相当于240、320、400和600粒度（grit）。

Module ObjectiveLesson Objectives5. 5. 氧化镁氧化镁 氧化镁（MgO）硬度较低，但是它具有尖锐的外形，良好的磨削刃口，极适合铝、镁有色金属的抛光而且氧化镁 对于钢铁内非金属夹杂物的拖出作用很小，所以铸铁试样以 及检验夹杂物的试样都可以用氧化镁抛光，是一般金属材料 最后抛光用的磨料 Module ObjectiveLesson Objectives6. 6. 氧化铬氧化铬 氧化铬（Cr2O3）是一种不退色的绿色颜料，具有很高的硬度，抛光能力比氧化铝差氧化铬磨料，可以用购买到的氧化铬绿色颜料，经再 磨细分选后使用 Module ObjectiveLesson Objectives7. 7. 氧化铁氧化铁 氧化铁又称红粉（Rouge）是无水Fe2O3结晶，用红粉抛光可以得到极光亮的表面，所以在光学零件、精密仪器制造 及珠宝首饰的制造中广泛采用，被认为是最优良的抛光材料 但用红粉制样容易产生变形扰乱层，并且会将夹杂物拖出 虽能得到极光亮的磨面，往往因抛光操作不慎，不能显示 真正的组织，故使用受到一定限制 此外，金相制样磨料也有用B4C的 Module Objective不论是砂轮磨平的试样，还是用砂轮切割机切取 的试样，表面都粗糙且具有严重的变形层，故需要不 同粒度的金相砂纸逐步磨光。

磨光过程使表面变形层 逐渐减小，其变化如图2－1所示 Lesson Objectives二、砂纸二、砂纸Module ObjectiveLesson Objectives图2-1砂纸磨光表面形变层消除示意图 图中（A）+（B）+（C）为总形变层，（D）无变形 Module ObjectiveLesson Objectives现在金相用的砂纸有两类，一类是干砂纸，是在干的条 件下磨光，这类砂纸是刚玉砂纸，多半是混合刚玉磨料制成 的砂纸，一般这种砂纸的粘结剂通常是溶解于水的所以这 类砂纸必须干用，或者在无水的润滑剂条件下使用 表2-1 干砂纸粒度尺寸 Module ObjectiveLesson Objectives另一类砂纸是水砂纸，是在水冲刷的条件下使用最好这 类砂纸是用碳化硅磨粉，塑料或非水溶性粘结剂制成的 国内这类砂纸的编号与磨料尺寸如表2-2 表2-2 水砂纸粒度尺寸 Module ObjectiveLesson Objectives将砂纸平铺在玻璃或金属板上，一手将砂纸按 住，一手将试样磨面轻压在破纸上，并向前推行， 进行磨光直到试样磨面上仅留有一个方向的均匀 磨痕为止在试样上所加的压力应力求均衡，磨面 与砂统必须完全接触，这样才能使整个磨面均匀地 进行磨削。

在磨光的回程中最好将试样提起拉回， 不与砂纸接触金属材料生产，金相检验，是控制质量的重要 手段，大量金相试片的磨光，更需要便捷的机械磨 光来代替费时的手工操作 Module ObjectiveLesson Objectives三、机械抛光三、机械抛光1. 机械抛光的设备电动机带动200～300mm直径的抛光盘在一个实验室 中最好有快、慢、中等三种速度的抛光设备慢速大约300 ～400rpm，中等速度大约500～600rpm，快速大约800～ 1000 rpm抛光机的转速不能太快，太快则抛光粉的浪费大 ，操作者掌握不适当，试样表面易发热而变灰暗抛光转盘 多用铸铜、铸铝；少用铸铁，铸铁易诱如果采用化学机械 抛光，抛光转盘最好采用不锈钢转盘或者在常用的金属抛光 转盘上采取防腐措施机械抛光设备，有自动抛光机和人工抛光机有单盘、 双盘、多盘和变速抛光的装置 Module ObjectiveLesson Objectives2. 机械抛光用织物和抛光微粉机械抛光时将帆布、呢级或呢绒等用夹箍紧紧地蒙在 抛龙盘上，将微粉磨粉的水悬浮液洒在这些织物上，开动 抛光机，将试样磨面接触磨料和抛光织物进行抛光操作。

机械抛光都是采用两个步骤即试样经磨光后首先粗抛，最后是细抛除了抛 光织物和磨料作用外，制备好质量高的试样正确熟练的操作技能更是不可少的。