二、金相试样的制备与设备

金相培训教材,-,金相试样的制备与设备,2013.12.10,金相分析,是运用放大镜和显微镜，根据对金属材料的宏观及微观组织进行观察研究的方法，生产实际中常常称为金相检验。宏观组织是用,10,倍以下的放大镜或者人眼睛直接观察到的金属材料内部所具有的各组成物的直观形貌，微观组织主要是指在光学显微镜下所观察到得金属材料内部具有的各组成物的直观形貌。,金相分析的含义,金相试样的制备,1,金相试样的制备,金相试样制备是通过切割、研磨、抛光等步骤使金属材料成为具备金相观察所要求的过程。金相试样截取的方向、部位及数量应根据金属制造的方法、检验的目的、技术条件或双方协议的规定选择有代表性的部位进行截取。金相试样的制备、研磨和侵蚀参照,GB/T13298,1991,金属显微组织检验方法,的有关规定进行。,一、制备目标,试样必须具有代表性,；,所有结构要素必须予以保留；,平整、无划痕、无变形、无异物；,可再现性；,经济高效,。,二、制备主要程序,取样,镶嵌,磨制,抛光,侵蚀,7,6,取样,纵向取样，沿着钢材的锻轧方向进行取样。主要检验内容：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度等。,横向取样，在垂直于钢材锻轧方向取样。主要检验内容：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度及热处理镀层厚度等。,缺陷或失效分析取样，应包括零件的缺陷部分在内。例如，包括零件断裂时的断口或取裂纹的横截面，取样时应注意不能使缺陷处在磨制时被损伤或者消失。,1.,取样原则,：,代表性,、,适宜性,。,2.,取样部位,取样注意事项,试样尺寸以磨面面积小于,400,平方毫米，高度以,15,20mm,为宜。,试样可以用手锯、砂轮切割机、电火花切割机、车、铣、锯等方式。脆而硬的金属可以用锤击法取样。不论使用何种方法切割，均应该注意不能使试样由于变形或受热导致组织发生变化。对于使用高温切割的试样，必须除去热影响部分。,注意：,不能使试样由于变形或过热导致组织发生变化。,2,镶嵌,在金相试样制备过程中，有许多试样直接磨抛有困难，需要进行镶嵌。通常进行镶嵌的试样有：形状不规则的试样、线材及板材，细小工件；表面处理及渗层、镀层等。,机械镶嵌法：将试样放在钢圈或小钢板中，然后用螺钉和垫块加以固定。,树脂镶嵌法：利用树脂来镶嵌细小的金相试样。,热压镶嵌法,浇注镶嵌法,磨光,金相试样经切割或镶嵌后，需进行研磨才能得到光亮的磨面。研磨的过程包括粗磨和细磨。,粗磨，粗磨一般在砂轮上进行，磨料粒度的粗细对试样表面粗糙度和磨削效率有一定的影响。粗磨时，应注意用水冷却，防止组织变化。,细磨，一般采用金相砂纸，磨料为碳化硅和氧化铝。依次用不同规格的砂纸进行磨光，每更换一道砂纸，试样应转动,90,，并使前一道的磨痕彻底去除。磨光时需要用水冷却，避免磨面过热。,粗磨,：主要用立式砂轮机或金相试样磨平机。,细磨：,手工与机械两种方法 利用水砂和金相砂纸,水砂,：,粗磨,: 120#,、,140#,、,180#,、,200#,、,240#,、,280#,、,320#,等。,精磨,: 400#,、,500#,、,600#,、,800#,、,1000#,、,1200#,等。,超精磨,: 1600#,、,1800#,、,2000#,、,2500#,、,3000#,等。,金相砂纸,（ 干和干湿两用）,:,粗磨,: 120#,、,140#,、,180#,、,200#,、,240#,、,280#,、,320#,等。,精磨,: 400#,、,500#,、,600#,、,800#,、,1000#,、,1200#,等,超精磨,: 1600#,、,1800#,、,2000#,、,2500#,、,3000#,等。,按磨料可分,碳化硅,、,氧化铝,。,2,抛光,抛光的目的是在于去除金相磨面上由细磨所留下的细微磨痕及表面变形层，使磨面成为无划痕的光滑镜面。,机械抛光，是靠抛光粉的磨削和滚压作用，把金相试样抛成光滑的镜面。抛光时，抛光粉嵌入抛光织物的间隙内，起着相当于磨光砂纸的切削作用。,电解抛光，是采用电化学溶解作用，使试样达到抛光的目的。抛光时先接通电源，然后夹住试样放置在电解液中，此时正确调整至额定抛光电流，并给予电解液充分的搅拌与冷却，抛光完毕后切断电源并放入水中冲洗、吹干。,机械抛光,：抛光机、抛光剂、抛光织物。,抛光剂：金刚石、氧化铬、氧化铝等；有,0.25,，,0.5,，,1,，,3,，,7,，,9,微米等。,抛光织物：帆布、丝绒、丝绸等。,注意点,：用力均匀，先重后轻，先期试样垂直，后期试样转动。,电解抛光,：采用电化学溶解作用，使试样抛光。,适用于硬度较低的金属或单相合金，极易加工变形合金如奥氏体不锈钢，高锰钢等。,不适用于：铸铁、夹杂物检验、偏析严重的金属材料。,侵蚀,在某些合金中，由于各组成物的硬度差别较大，或由各相本身色泽显著不同，抛光状态下能在显微镜中分辨出组织，常用的金属组织侵蚀法有化学侵蚀和电解侵蚀。,化学侵蚀，是利用化学试剂的溶液，借助于化学或电化学作用显示金属的组织。,电解侵蚀，与电解抛光原理相同，由于各相之间与晶粒之间的析出电位不一致，在微弱电流的作用下各相的侵蚀深浅不同，因而能显示各相的组织。,2.5,、侵蚀,侵蚀剂名称,成分,适用范围,硝酸酒精溶液,硝酸,1-5mL,酒精,100 mL,淬火马氏体、珠光体、铸铁等,苦味酸酒精溶液,苦味酸,4g,，酒精,100 mL,珠光体、马氏体、贝氏体、渗碳体等,盐酸、苦味酸酒精溶液,盐酸,5mL,，苦味酸,1g,，酒精,100 mL,回火马氏体及奥氏体晶粒,盐酸硝酸溶液,盐酸,10 mL,，硝酸,3 mL,，酒精,100 mL,高速钢回火后晶粒、氮化层、碳氮化层,氯化高铁、盐酸水溶液,氯化高铁,5g,，盐酸,50mL,，水,100 mL,奥氏体不锈钢，奥氏体,-,铁素体奥氏体,氯化铁盐酸水溶液,氯化高铁,5g,，盐酸,15mL,，水,100 mL,纯铜、黄铜及其它铜合金,氢氧化纳水溶液,氢氧化纳,1g,，水,100 mL,铝及铝合金,常用化学侵蚀剂,电解侵蚀,：适用于极高化学稳定性的合金，如不锈钢、耐热钢等。,电解液成分,规 范,适用范围,电流密度（,A/cm,2,）,时间,/s,阴极,铁氰化钾,10 g,，水,90 mL,0.2-0.3,40-80,不锈钢,高速钢,草酸,10 g,，水,100 mL,0.1-0.3,40-60,铂,耐热钢、不锈钢,CrO,3,10g,，水,90 mL,0.2-0.3,30-70,不锈钢,高合金钢、高速钢,常用电解侵蚀剂：,金相检验设备简述,2,金相显微镜,金相显微镜是由两块透镜（物镜和目镜）组成，并借助物镜、目镜两次放大，使物体得到较高的倍数。放大率与物镜和目镜的焦距乘积成反比。,金相显微镜放大原理,金相显微镜的光学系统,物镜,目镜,照明系统,光栏,滤色片,+,+,+,+,金相显微镜,1.,物镜：显微镜成象质量主要决定于物镜的优劣，因此它是显微镜中的最重要的光学零件。,2.,物镜的分辨率：是指将试样上细微组织构成清晰可分的能力。,3.,象差：一般实用光束均要有一定宽度，而且物体的发光点也不可能全部都用在光轴上，对不同波长的光折射率也不相同。因此，实际的光学系统与近轴光学系统所得图像有所偏差。,4.,目镜：是将物镜放大的中间象再次放大。,5.,放大倍数,=,物镜放大倍数,目镜放大倍数。,6.,观察：为了保证在聚焦过程中物镜不触及试样的操作次序是先调节粗动螺丝使物镜接近试样，再通过目镜观察试样时用微动螺丝进行调节。,金相显微镜的操作,1.,操作者必须充分了解仪器设备的结构原理，使用方法，严守操作规程；,2.,操作时双手要干净，试样的观察面应用酒精冲洗并吹干；,3.,操作显微镜时，对镜头要轻拿轻放，不用的镜头应随时放入盒中，不能用手触摸镜头；,4.,调整焦距时，应先轻轻转动粗调，使物镜和观察面尽量靠近，并从目镜对焦，然后轻轻转动微调，直到调节成像清晰为止。在调节中必须避免物镜和试样磨面碰撞，损坏镜头；,5.,显微镜使用完毕后，应及时将物镜、目镜卸下，放入盒中，最后切断电源。,金相显微镜的维护,1.,金相显微镜的工作地点必须干燥、少尘、少震动，不应放在阴暗潮湿的地方，也不应受阳光暴晒；,2.,不宜靠近挥发性、腐蚀性等化学药品，以免造成腐蚀环境；,3.,在显微镜工作时，样品上的残留液体、油污必须去净，如不慎玷污镜头，应立即用棉花擦净。油镜头用毕应立即用二甲苯细心的揩净；,4.,物镜、目镜一般应放在干燥皿中，如果有灰尘用吹灰球洗净，然后用擦镜纸擦干净；,5.,阴暗潮湿的空气对显微镜危害很大，会造成部件生锈、发霉，以致报废；,6.,机械部分不要随意拆卸，经常加润滑油，以保证正常运转。,金相切割机,使用方法,1.,右手将手柄抬起，左手将支撑板脱开支撑点，这时右手握住手柄使试样渐渐接近砂轮片，进行切割；,2.,切割时，冷却液必须对准试样的切割位置，并同时保持均匀进给。冷却液的大小也应调节至切割要求，以免溢出机外；,3.,切割完毕将锯架抬起到一定的高度，支撑板便自动将锯架支撑在一定位置，此时方可取下试样。,金相切割机,维护与保养,1.,严禁使用已有裂纹或破损的砂轮片进行切割。,2.,不宜在没有冷却液或冷却液不充分的情况下切割。,3.,切割机应每天做好清洁保养工作，各转动处在操作前应注入润滑油。,4.,机体内积屑及垃圾应经常清除，使排水畅通。,金相镶嵌机,使用方法,1.,接通电源开关；,2.,将需镶嵌的试样放置在下模，放入电玉粉或胶木粉，合上防护盖板，旋紧八角旋钮，使下模上升到压力指示灯亮，恒温一定时间，使试样成形；,3.,松开八角旋钮及盖板，顶出试样，并在十分安全的情况下取出试样；,4.,如需调整设定温度时，可根据需要按键进行调整设定温度值，其他参数均不需要调整。,金相镶嵌机,维护与保养,1.,每次使用完毕，及时做好清洁保养工作，严禁使用带有腐蚀性的液体进行清洗，清洁后的钢模套内腔和上下模应涂上油脂，防止锈蚀。,2.,对丝杠、花键套等转动、移动部位必须定期加油润滑，连续使用,3,5,次，以免在操作时产生卡死和超负荷现象，损坏机件。,金相预磨机,使用方法,1.,调节水旋钮，让水不停地流入磨盘；,2.,磨盘注入适量水后，放入砂纸；,3.,接通开关磨盘旋转后，进行磨光工作；,4.,放入不同型号的砂纸，由粗至细连续进行磨光；,5.,使用的砂纸以水砂纸最为适宜。,金相预磨机,维护与保养,1.,不允许使用已破损的砂纸，以免影响磨光时的安全。,2.,及时清除底座中的沉积物以利于排水，不使用时应及时盖好塑料盖。,3.,长期使用后应及时更换轴承的润滑油。,金相抛光机,使用方法,1.,取下盖、罩和套圈，做好清洁工作；,2.,将抛光织物粘贴在抛光盘上，并在粘贴前先在盘上涂少量的机油，为保证使用安全，一般呢绒类织物采用粘贴法；,3.,将罩紧压在盘内，并在织物表面滴上适量的抛光液或抛光膏与水，接通电源开关，进行抛光工作；,4.,在不使用时及时盖上塑料盖，以免灰尘或其他杂物落入抛光织物上影响抛光效果。,金相抛光机,维护与保养,1.,在使用时不允许对试样加过大的压力，以免电动机过载而导致电动机损坏。,2.,抛光织物应紧贴在抛光盘上，不允许使用已破损的织物，以免在抛光时试样有飞出去的危险。,3.,在不使用时应及时清理排污通道的沉积物做好清洁保养工作。,4.,长期使用后，应及时更换电动机润滑油。,