金相制樣及分析

金相試樣的截取

金相試樣截取的原則：選擇有代表性的金相試樣是金相研究的步，不重視取樣的重要性常常會影響試驗結(jié)果的成敗。

截取試樣的部位，必須能表征材料或部件的特點及檢驗的目的。①對機件破裂的原因進行金相分析時，試樣應在部件破裂部位截取。為了得到更多的資料，還需要在離開破裂源較遠的部位截取參考試樣，進行對照研究。②對于工藝過程或熱處理不同的材料或部件，試樣的截取部位也要相應地改變。③研究分析鑄件的金相組織，必須從鑄件的表層到中心同時觀察．根據(jù)各部位組織的差異，從而了解鑄件的偏析程度。小機件可直接截取垂直于模壁的橫斷面，大機件應在垂直于模壁的橫斷面上，從表層到中心截取幾個試樣。④軋制型材或鍛件取樣應考慮表層有無脫碳、折迭等缺陷，以及非金屬夾雜物的鑒定，所以要在橫向和縱向上截取試樣。橫向試樣主要研究表層缺陷及非金屬夾雜物的分布，對于很長的型材應在兩端分別截取試樣，以便比較夾雜物的偏析情況;縱向試樣主要研究夾雜物的形狀,鑒別夾雜物的類型，觀察晶粒粒長的程度，估計逆性形變過程中冷變形的程度。⑤經(jīng)過各種熱處理的零件，顯微組織是比較均勻的，因而只在任一截面上截取試樣即可，同時要考慮到表層情況，如脫碳、滲碳、表面鍍膜、氧化等。

金相試樣的鑲嵌

通過鑲嵌機的鑲嵌作用將金相試樣制作成適合手持拋光的標本：

適用于對不是整形、不易于拿的微小金相試樣進行熱固性塑料壓制，如線材、細小管材、薄板、錘擊碎塊等。在磨光時不易握持，用鑲嵌方法鑲成標準大小的試塊，然后進行切割、拋光等。常用的鑲嵌法有低熔點合金鑲嵌法、塑料鑲嵌法。

實驗室金相試樣制備過程大概如下：

正確地檢驗和分析金屬的顯微組織必須具備優(yōu)良的金相樣品。制備好的試樣應能觀察到真實組織、無磨痕、麻點與水跡，并使金屬組織中的夾物、石墨等不脫落。否則將會嚴重影響顯微分析的正確性。金相樣品的制備分取樣、磨制、拋光、組織顯示（浸蝕）等幾個步驟。

選擇合適的、有代表性的試樣是進行金相顯微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。

磨制

分粗磨和細磨兩步。試樣取下后，首*行粗磨。如是鋼鐵材料試樣可先用砂輪粗磨平，如是很軟的材料（如鋁、銅等有色金屬）可用銼刀銼平。在砂輪上磨制時，應握緊試樣，使試樣受力均勻，壓力不要太大，并隨時用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。此外，在一般情況下，試樣的周界要用砂輪或銼刀磨成圓角，以免在磨光及當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，這種試樣進行鑲嵌。

細磨是消除粗磨時產(chǎn)生的磨痕，為試樣磨面的拋光做好準備。粗磨平的試樣經(jīng)清水沖洗并吹干后，隨即把磨面依次在由粗到細的各號金相砂紙上磨光。常用的砂紙?zhí)枖?shù)有01、02、03、04號4種，號小者磨粒較粗，號大者較細。磨制時砂紙應平鋪于厚玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力作用下把試樣向前推磨，用力要均勻，務求平穩(wěn)，否則會使磨痕過深，且造成試樣磨面的變形。試樣退回時不能與砂紙接觸，這樣“單程單向"地反復進行，直至磨面上舊的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致為止。在調(diào)換下一號更細的砂紙時，應將試樣上磨屑和砂粒清除干凈，并轉(zhuǎn)動90°角，使新、舊磨痕垂直。

金相試樣的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是應盡可能減少表層損傷。每一道磨光工序必須除去前一道工序造成的變形層（至少應使前一道工序產(chǎn)生的變形層減少到本道工序生產(chǎn)的變形層深度），而不是僅僅把前一道工序的磨痕除去；同時，該道工序本身應盡可能減少損傷，以便進行下一道工序。道磨光工序產(chǎn)生的變形層深度應非常淺，應保證能在下一道拋光工序中除去。

磨制鑄鐵試樣時，為了防止石墨脫落或產(chǎn)生曳尾現(xiàn)象，可在砂紙上涂一薄層石墨或肥皂作為潤滑劑。磨制軟軟的有色金屬試樣時，為了防止磨粒嵌入軟金屬內(nèi)和減少磨面的劃損，可在砂紙上涂一層機油、汽油、肥皂水溶液或甘油水溶液作潤滑劑。

金相試樣還可以用機械磨制來提高磨制效率。機械磨制是將磨粒粗細不同的水砂紙裝在預磨機的各磨盤上，一邊沖水，一邊在轉(zhuǎn)動的磨盤上磨制試樣磨面。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。

拋光

經(jīng)過磨拋機進行粗磨，細磨，拋光之后使得試樣待觀測面如鏡面：

目的為去除金相磨面上因細磨而留下的磨痕，使之成為光滑、的鏡面。金相試樣的拋光可分為機械拋光、電解拋光、化學拋光三類。機械拋光簡便易行，應用較廣。

機械拋光是在專用的拋光機上進行的，拋光機主要是由電動機和拋光圓盤（Ф200～300mm）組成，拋光盤轉(zhuǎn)速為200～600r/min以上。拋光盤上鋪以細帆布、呢絨、絲綢等。拋光時在拋光盤上不斷滴注拋光液。拋光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等細粉末（粒度約為0.3～1μm）在水中的懸浮液。機械拋光就是靠極細的拋光粉末與磨面間產(chǎn)生相對磨削和液壓作用來消除磨痕的。 操作時將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷作徑向往復運動。拋光時間一般為3～5min。拋光后的試樣，其磨面應光亮，且石墨或夾雜物等不應拋掉或有曳尾現(xiàn)象。這時，試樣先用清水沖詵 ，再用*清洗磨面，最后用吹風機吹干。

組織顯示：

由于金屬中合金成分和組織的不同，造成腐蝕能力的差異，腐蝕后使各組織間、晶界和晶內(nèi)產(chǎn)生一定的襯度，金屬組織得以顯示。常用的金相組織顯示方法有：(1)化學浸蝕法；(2)電解浸蝕法；(3)金相組織特殊顯示法，其中化學浸蝕法常用。

經(jīng)拋光后的試樣若直接放在顯微鏡下觀察，只能看到一片亮光，除某些非金屬夾雜物（如MnS及石墨等）外，無法辨別出各種組成物及其形態(tài)特征，必須使用浸蝕劑對試樣表面進行“浸蝕"，才能清楚地看到顯微組織的真實情況。

經(jīng)過顯微鏡數(shù)碼成像后的金相試樣組織圖片：

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經(jīng)過顯微鏡數(shù)碼成像后的金相試樣組織圖片：

材料：20鋼

工藝情況：退火處理

倍率：400x

組織說明：白色晶粒狀為鐵素體，灰黑色塊狀區(qū)為細片狀珠光體，黑色細條狀為晶界線。

材料：35鋼

倍率：200x

工藝情況：940度正火

組織說明：黑色為細片狀珠光體，白色為鐵素體，鐵素體大部分沿奧氏體晶界析出，部分在奧氏體晶粒內(nèi)成條狀或針狀析出，呈魏氏組織狀態(tài)，硬度為198HP

材料：45鋼

倍率：100x-500x

工藝情況：加熱至840度，保溫1小時，快冷至600度，再保溫1小時，空冷

組織說明：珠光體和白狀鐵素體，晶粒度為8級

45鋼的正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50度，保溫后在空氣中自然冷卻，它與*退火的主要差別在于冷卻速度較快，目的是使鋼的組織正?；?，

并使珠光體體量增多和變細，減少鐵素體的數(shù)量

45鋼如果用于普通結(jié)構(gòu)零件，正火可作為最終熱處理，經(jīng)過正火可以改善鑄造或鍛造后的組織，細化奧氏體晶粒，使組織均勻化

形成細而均勻的鐵素體與珠光體組織，晶粒度達到8級，從圖中也可以看到珠光體的層片距達到甚為細微的成都，從而提高了鋼的強度，硬度和韌性。

材料：50鋼

倍率：500x

工藝情況：熱軋鋼板，加熱至860度保溫后空冷

組織說明：顯微組織為灰黑色細片狀珠光體及20%-30%的白色鐵素體，沿晶界分布，晶粒度為7-8級，細晶粒

熱軋鋼板經(jīng)860度正火后，消除了熱軋狀態(tài)的粗晶粒，同時鐵素體所占面積比例也提高，所以正火狀態(tài)比之熱軋狀態(tài)有著更好的塑形和韌性

鋼的正火是將鋼加熱到全部奧氏體的溫度（Ac3以上30-50度），經(jīng)過保溫后空冷獲得細珠光體的熱處理工藝，這是也是的一種熱處理，目的是

使晶粒細化，組織均勻，可作為淬火前的預備熱處理，對有些普通結(jié)構(gòu)零件，正火也可作為最后熱處理