金相試樣制備的新觀念

1、金相試樣制備的新觀念 1  傳統(tǒng)方法30多年前，一種當(dāng)今稱之為“傳統(tǒng)方法”的金相試樣制備方案日臻成熟。需進(jìn)行金相檢驗(yàn)的試樣在經(jīng)過切割和鑲嵌（如果需要的話）后，就要用一系列粒度由粗到細(xì)的碳化硅（SiC）防水砂紙進(jìn)行磨光。多數(shù)情況下，所用砂紙粒度的順序?yàn)?20、240、320、400、600號(hào)（美國ANSI/CAM粒度標(biāo)準(zhǔn)，見表1），并使用水作為冷卻劑和潤滑劑，同時(shí)也作為清洗劑，以便將磨屑沖刷出砂紙表面。如果采用手工磨光，在更換砂紙時(shí)還需將試樣轉(zhuǎn)動(dòng)45º 至90º 角。當(dāng)手握試樣沿轉(zhuǎn)盤邊緣移向中心時(shí)，還應(yīng)注意使試樣與砂紙保持垂直。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速一般為150轉(zhuǎn)/分

2、或300轉(zhuǎn)/分，每道砂紙大約需要磨1到2分鐘。用SiC砂紙磨光的步驟完成后就要開始進(jìn)行拋光。多數(shù)情況下，第一道工序使用6m金剛石磨膏，所用的織物可以是帆布、尼龍、或?qū)Ｓ?拋光織物，同時(shí)還使用一種潤滑劑或擴(kuò)充劑，例如METADI® 液體。如果轉(zhuǎn)盤沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就應(yīng)當(dāng)手握試樣在轉(zhuǎn)盤上沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)應(yīng)注意使試樣垂直于織物表面，拋光進(jìn)行約2分鐘。下一道工序有不同方案，一些人先使用0.3m 氧化鋁的水懸浮液，然后使用0.05m 氧化鋁的水懸浮液繼續(xù)拋光。另一些人則愿意先使用1m 金剛石磨膏，然后使用0.05m 氧化鋁的水懸浮液繼續(xù)拋光。這就是所謂的“傳統(tǒng)方法”，大約有8道工序，

3、盡管會(huì)因人而異，但結(jié)果卻相當(dāng)接近。總的說來，這些工序最常使用的織物是專用拋光織物，但是也會(huì)使用其它一些織物。表1：不同標(biāo)準(zhǔn)粒度對(duì)照表美國粒度標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/CAM）歐洲粒度標(biāo)準(zhǔn)（FEPA P）大約尺寸（m）150150901801807522022068240P28052280P36042320P40034400P80022600P120014800P240081000P40005盡管采用上述方法制備的試樣，在獲得沒有制備瑕疵的基體顯微組織方面，通常還是令人滿意的，但是對(duì)于邊緣的保持卻不算好；也就是說，邊緣常常被磨成圓角，結(jié)果在顯微鏡下觀察時(shí)不能清晰聚焦。曾經(jīng)嘗試過許多辦法來克服這一問題。通常

4、保護(hù)邊緣的最后一招就是采用化學(xué)鍍鎳。也試驗(yàn)過不同類型的鑲嵌材料并加入不同的填料、也嘗試過使用其它的邊緣支撐體，例如將假試樣和細(xì)鋼粒等放入鑲嵌材料，以增加試樣邊緣的平整性。這些都是金相學(xué)的“魔術(shù)”，但是仍舊難以獲得良好的邊緣保持。隨著工業(yè)的發(fā)展，金相技術(shù)人員尋求自動(dòng)化和更好的辦法已日益明顯。鑲嵌壓力機(jī)的引入，使得不論使用熱固性鑲嵌材料或是熱塑性鑲嵌材料時(shí)，試樣都是在壓力保持下自動(dòng)冷卻到室溫，使邊緣平整性得到很大的改善。自動(dòng)拋光裝置也大大地改善了試樣邊緣的平整性?，F(xiàn)今制備的試樣，其邊緣已經(jīng)能很容易地在放大500倍或更高的倍數(shù)下進(jìn)行顯微攝影。當(dāng)然，試樣本身的性質(zhì)也很重要。比較硬的材料能更容易制備出平

5、坦的邊緣。與此同時(shí)，任何一種材料，如果直至邊緣都具有均勻的顯微組織，也要比邊緣較軟的試樣（此時(shí)邊緣保持平坦最為重要）更容易制備。2  對(duì)舊時(shí)代人們的新震撼與設(shè)備改善的同時(shí)，出現(xiàn)了新的消耗器材產(chǎn)品，它改變了金相學(xué)的傳統(tǒng)方法。試樣制備的自動(dòng)化促進(jìn)研制出許多新型制備表面，這些制備表面可用來去除切割帶來的損傷，并使裝在夾持器上的所有試樣都處于同一平面。對(duì)于一個(gè)半自動(dòng)系統(tǒng)，普通的SiC砂紙可用于此工序。盡管SiC砂紙的使用壽命不長，對(duì)于許多材料, SiC砂紙仍然是最有效的磨制表面。對(duì)于一個(gè)全自動(dòng)系統(tǒng)， SiC砂紙仍可用于磨成平面工序，但是這不是一個(gè)理想的解決辦法，因?yàn)槊恳粋€(gè)夾持器所裝的試樣完成

6、此工序后，都需要更換砂紙。已經(jīng)有許多長壽命制備表面可以取代SiC砂紙。其中一種就是采用金屬粘接或樹脂粘接的金剛石磨光盤。金屬粘接磨光盤的直徑有73毫米、203毫米、305毫米（2.875英寸、8英寸、12英寸）三種，而樹脂粘接磨光盤的直徑有8英寸和12英寸兩種。一定尺寸的金剛石磨料和粘接劑（載體）以高密度的規(guī)則點(diǎn)狀涂鍍?cè)诒P的基底上。為了滿足許多種材料的需要。對(duì)于金屬粘接盤有6種尺寸，從125m到6m；對(duì)于樹脂粘接盤有30m、9m、3m 三種。根據(jù)所需制備的材料不同，我們可以在磨成平面工序以外使用這類磨光盤。這一概念可以通過不同類型材料的例子加以說明。3  高硬度材料許多金相技術(shù)人員的

7、工作對(duì)象是非常硬的材料和陶瓷材料；例如切削工具材料和工具合金：氧化鉻氧化鋁刀具、陶瓷合金（氧化鋁30%TiC）刀具、T15粉末冶金高速鋼、D2鋼、440C鋼。所有這些試樣都經(jīng)過充分的淬火硬化處理。盡管這五種材料的硬度差別很大，我們?nèi)园堰@些試樣放在一個(gè)中心加栽的夾持器上，用一臺(tái)直徑為203毫米（8英寸）的半自動(dòng)拋光機(jī)進(jìn)行制備。每一塊試樣在每一道工序后都拍攝顯微照片。表2列出這些硬材料的制備工序。表2 非常硬的材料的制備工序工序制備表面/磨料轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分方向時(shí)間，分145m磨光盤*300相向2215m磨光盤*300相向13 6m磨光盤*300相向141m 金剛石拋光150  

8、相向35膠體狀二氧化硅拋光150相向2               *-金屬粘接磨光盤由于這些材料非常硬，前三道工序連續(xù)使用磨光盤，金剛石磨料的平均尺寸分別為45微米、15微米、6微米。在第一道工序，試樣用45微米金剛石盤磨光，直到試樣都處于同一平面，這大約需要2分鐘。采用相向轉(zhuǎn)動(dòng)，即動(dòng)力頭與底盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，都是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。每塊試樣所受的力為27 N（6磅），底盤的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，用水作冷卻劑。第二道工序使用15微米磨盤，第三道工序使用6微米磨

9、盤，每道工序使用的參數(shù)相同，但是時(shí)間均為1分鐘。接著，使用1微米多晶金剛石漿液，并使用我們的粗拋光新型織物，這是一種無絨毛的醋酸纖維素編織物，對(duì)保持邊緣平整性效果非常好。拋光時(shí)的轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭也是相向轉(zhuǎn)動(dòng)，每塊試樣的受力為27 N（6磅），時(shí)間為3分鐘。最終拋光使用膠體狀二氧化硅和精細(xì)拋光織物，這是一種人工合成的耐腐蝕的拋光織物，拋光時(shí)間為2分鐘，其余參數(shù)相同。4  中等硬度試樣在制備硬度范圍寬廣（但低于高硬度試樣）的三塊試樣時(shí)，使用同一種夾持器和幾乎相同的制備步驟。我們預(yù)期會(huì)產(chǎn)生一些問題，結(jié)果不出所料！所選擇的試樣為：PH13-8Mo沉淀硬化不銹鋼、退火的M2高速鋼（

10、脫碳）試樣、冷作硬化的Cu-20%Zn 黃銅。所有三塊試樣的平整性都非常好，但是黃銅試樣發(fā)生了點(diǎn)蝕。我們用另一種四工序的當(dāng)代制備步驟重新對(duì)這三塊試樣進(jìn)行制備，見表3。表3：中等硬度至低硬度材料的制備步驟工序制備表面/磨料轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分方向時(shí)間，分145m 磨光盤*300反向229m多晶金剛石磨料，聚酯樹脂硬編織襯墊磨光150反向633m多晶金剛石磨料，非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光150相向34膠體狀二氧化硅拋光150相向2            *-金屬粘接磨光盤我們?nèi)匀皇褂?

11、5微米磨光盤，將所有試樣處于同一平面，但此時(shí)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磨盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。然后再用9微米的多晶金剛石磨料并在聚酯樹脂硬編織襯墊上磨光6分鐘，磨盤轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭反向轉(zhuǎn)動(dòng)。接下來用3微米的多晶金剛石磨料并在非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光3分鐘，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭相向轉(zhuǎn)動(dòng)。最后一道工序是用膠體狀二氧化硅懸浮液在精細(xì)織物上拋光2分鐘，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭相向轉(zhuǎn)動(dòng)。從M2和PH13-8Mo試樣邊緣放大500倍的顯微組織照片?？梢钥闯鯩2試樣表面的脫碳情況和PH13-8Mo試樣表面的氧化物。從黃銅試樣的表面在每一道工序后的顯微照片?？梢钥闯觯吘壉?/p>

12、持得特別好，而且經(jīng)過腐蝕后，顯微組織得以恰當(dāng)?shù)仫@示出。5  軟材料退火的Cu-20%Zn 黃銅、冷作硬化的Cu-20%Zn 黃銅和輕微冷作硬化的Cu-40%Zn + 黃銅等三個(gè)銅基合金經(jīng)過在振動(dòng)拋光機(jī)上用膠體狀二氧化硅拋光一個(gè)半小時(shí)后，并經(jīng)過等量的NH4OH和3%H2O2腐蝕后的顯微組織接近完美，顯微組織照片達(dá)到出版水平。三塊A356鑄態(tài)鋁合金試樣、兩塊2011-T3和6061-T6變形鋁合金試樣、還有一塊鋁青銅（Cu-11.8%Al） 試樣經(jīng)過熱處理得到馬氏體組織后，也準(zhǔn)備采用表3列舉的四工序步驟進(jìn)行制備。但是，45微米的金屬粘接磨光盤對(duì)于鋁合金并不合適，這也不足為奇。因此，我們采

13、用30微米的樹脂粘接金剛石磨光盤完成磨成平面工序，這種制備表面的作用不那么強(qiáng)，效果令人相當(dāng)滿意。表4列出這個(gè)四工序制備步驟。對(duì)于工序1和工序2，每塊試樣所受的力為18 N（5磅）；對(duì)于工序3和工序4，每塊試樣所受的力為22 N（6磅）。 表4：鋁合金試樣的制備步驟工序制備表面/磨料轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分方向時(shí)間，分130微米磨光盤*300反向229m多晶金剛石磨料，聚酯樹脂硬編織襯墊磨光150反向533m多晶金剛石磨料，非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光150相向34膠體狀二氧化硅拋光120相向2           *-樹脂粘接磨光盤6  結(jié)論上述試驗(yàn)表明，金剛石磨光盤可以有效地用作當(dāng)代金相試樣制備步驟的第一道磨成平面工序。短絨毛和無絨毛織物可以保證邊緣的平整性。硬編織、無絨毛的聚