簡述金相試樣的制備過程及注意事項

金相分析是通過光學(xué)顯微鏡對研磨、拋光和浸蝕處理后的試樣進行觀察，可以分析試樣的真實顯微組織形貌特征，是材料力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)。從一定程度來說，普通鋼種金相檢驗難度并不大，但隨著新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，檢驗范圍不斷增大，試樣種類也在不斷增加，需從業(yè)人員有更多應(yīng)對措施和技術(shù)方法。

一、取樣

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。

1、取樣部位及檢驗面的選擇

取樣的部位和檢驗面的選擇，應(yīng)根據(jù)檢驗?zāi)康倪x取有代表性的部位。例如：分析金屬的缺陷和破損原因時，應(yīng)在發(fā)生缺陷和破損部位取樣，同時也應(yīng)在完好的部位取樣，以便對比；

檢測脫碳層、化學(xué)熱處理的滲層、淬火層、晶粒度等，應(yīng)取橫向截面；研究帶狀組織及冷塑性變形工件的組織和夾雜物的變形情況時，則應(yīng)截取縱向截面。

2、試樣的截取方法

試樣的截取方法可根據(jù)金屬材料的性能不同而異。對于軟材料，可以用鋸、車、刨等方法；對于硬材料，可以用砂輪切片機切割或電火花切割等方法；對于硬而脆的材料，如白口鑄鐵，可以用錘擊方法；在大工件上取樣，可用氧氣切割等方法。

在用砂輪切割或電火花切割時，應(yīng)采取冷卻措施，以減少由于受熱而引起的試樣組織變化。試樣上由于截取而引起的變形層或燒損層必須在后續(xù)工序中去掉。

3、試樣尺寸和形狀

金相試樣的大小和形狀以便于握持、易于磨制為準(zhǔn)，通常采用直徑ф15～20mm、高15～20mm的圓柱體或邊長15～20mm的立方體。

二、磨制

分粗磨和細(xì)磨兩步。試樣取下后，首先進行粗磨。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(yīng)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(dāng)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，這種試樣最好進行鑲嵌。

三、拋光

目的為去除金相磨面上因細(xì)磨而留下的磨痕，使之成為光滑、無痕的鏡面。

通常，金相試樣制備要經(jīng)過以下幾個步驟：取樣、鑲嵌(有時可以省略)、磨光(粗磨和細(xì)磨)、拋光和腐蝕。

每項操作都必須細(xì)心謹(jǐn)慎，嚴(yán)格按操作要求實施，因為任何操作失誤都可能影響后續(xù)步驟，在極端情況下，還可能造成假組織，從而得出錯誤的結(jié)論。金相試樣制備是與制備人員制樣經(jīng)驗密切相關(guān)的技術(shù)，制備人員的水平?jīng)Q定了試樣的制備質(zhì)量。

注意事項：

取樣是金相試樣制備的第一道工序，若取樣不當(dāng)，則達不到檢驗?zāi)康?，因此，所取試樣的大小、部位、磨面方向等?yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

金相試樣取樣的原則：選擇有代表性的金相試樣是金相研究的第一步，不重視取樣的重要性常常會影響試驗結(jié)果的成敗。

1、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(yīng)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(yuǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。

2、確定試樣的金相磨面：研究結(jié)果或試驗報告上的金相照片應(yīng)說明取樣的部位和磨面的方向。

①橫截面主要研究內(nèi)容：a．試樣外層邊緣到中心部位金相顯微組織的變化。b．表層缺陷的檢驗，如、氧化、脫碳、過燒、折迭等。c．表面處理結(jié)果觀察，如表面鍍膜、表面淬火、化學(xué)熱處理等。d．非金屬夾雜物在截面上的分布情況。e．晶粒度的測定。

②縱截面主要研究內(nèi)容：a．非金屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小，夾雜物的情況與取樣部位關(guān)系非常大，因而必須注意取樣部位能代表整塊材料。b．測定晶粒拉長的程度，了解材料冷變形的程度。c．鑒定鋼的帶狀組織以及熱處理消除帶狀組織的效果。

3、金相試樣截取截面方法：試樣的截取必須采用合適的方法，避免因切割加工不當(dāng)而引起顯微組織的變化。

引起組織變化的可能性有兩方面必須注意：

①逆性變形使金相組織發(fā)生變化。如低碳鋼、有色金屬中晶粒受力壓縮拉長或扭曲，多晶鋅晶粒內(nèi)部形變攣晶的出現(xiàn)，奧氏體類鋼晶粒內(nèi)部滑移線的增加等都是容易發(fā)生的毛病。

②材料因受熱引起的金相組織變化．如淬火馬氏體組織，往往因磨削熱影響，使馬氏體回火．產(chǎn)生回火馬氏體。③根據(jù)材料的硬度不同，采用不同方法截取試樣。

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