金相試樣截取和鑲嵌的方法！

    一、金相試驗(yàn)（檢驗(yàn)）的意義

    金屬及其合金在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防及民用等各個(gè)方面是應(yīng)用zui廣泛的材料。合金的成分、熱處理工藝、冷熱加工工藝直接影響金屬材料的內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)的變化，從而使機(jī)件的機(jī)械性能發(fā)生變化。因此用金相分析的方法來(lái)觀察檢驗(yàn)金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要手段，常用的金相觀察檢驗(yàn)主要可分為以下幾個(gè)方面：

    1．原材料檢驗(yàn)：

    對(duì)原材料的冶金質(zhì)量情況如偏析、非金屬夾雜物分布類(lèi)型與級(jí)別檢查；對(duì)鑄造材料的鑄造疏松、氣孔、夾渣組織均勻性檢查；對(duì)鍛造件的表面脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、裂紋、變形等情況檢查。

    2．生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制：

    金相分析可以提供調(diào)整工序及修改工藝參數(shù)的根據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)，如熱處理淬火加熱溫度、保溫時(shí)問(wèn)、冷卻速度等是否合適（正確）；化學(xué)表面熱處理工藝參數(shù)的控制；鍛造的起始和終鍛溫度是否合適等。

    3．產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)：

    有些機(jī)械零件或產(chǎn)品除要求機(jī)械性能、物理性能指標(biāo)外，有的還要求顯微組織參數(shù)，作為質(zhì)量評(píng)定的技術(shù)指標(biāo)之一。

    4．失效分析：

    金相組織分析方法在機(jī)械失效分析方面廣泛應(yīng)用，對(duì)一些常見(jiàn)的弊病鑒定很方便。如機(jī)件表面脫碳；顯微裂紋的形貌及分布特征；化學(xué)熱處理缺陷；熱處理后的不正常組織；晶界脆性相析出等。這些金相分析的結(jié)果常作為故障分析的根據(jù)。

    二、金相試樣的制備

    金相試樣制備是金相研究極其重要的一部分，包括試樣的截取、試樣的鑲嵌、試樣的磨光、試樣的拋光、金相顯微組織的顯示。

    （一）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重要的*步，不重視取樣的重要性常常會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的正確程度。

    1．截取試樣的部位，必須能表征材料或部件的特點(diǎn)及檢驗(yàn)的目的。

    ①對(duì)機(jī)件破裂的原因進(jìn)行金相分析時(shí)，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(kāi)破裂源較遠(yuǎn)的部位截取參考試樣，進(jìn)行對(duì)照研究

    ②工藝過(guò)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(shí)觀察．根據(jù)各部位組織的差異，而了解鑄件的偏析程度。小件可直接取垂直于模壁的橫斷面，大件應(yīng)在垂直于模壁的橫斷面上，從表層到中心取幾個(gè)試樣。

    ④軋制型材或鍛件取樣應(yīng)考慮表層有無(wú)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(duì)于很長(zhǎng)的型材應(yīng)在兩端分別取樣，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(lèi)型，觀察晶粒粒長(zhǎng)的程度，估計(jì)逆性形變過(guò)程中冷變形的程度。

    ⑤經(jīng)過(guò)各種熱處理后的零件，顯微組織是比較均勻的，故只在任一截面截取試樣即可，同時(shí)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(yàn)報(bào)告上的金相照片應(yīng)說(shuō)明取樣的部位和磨面的方向。

    2.1縱截面平行于軋制面

    2．2縱截面垂直于軋制面

    2.3橫截面

    2.4放射縱截面

    2.5切線(xiàn)縱截面

    上述幾點(diǎn)不同截面金相研究目的可歸納如下：

    ①橫截面，主要研究?jī)?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(yàn)，如脫碳、氧化、過(guò)燒、折迭等。

    c．表面處理結(jié)果觀察，如表面淬火、化學(xué)熱處理、表面鍍膜等。

    d．非金屬夾雜物在截面上的分布情況。

    e．晶粒度測(cè)定。

    ②縱截面。主要研究?jī)?nèi)容：

    a．非金屬夾雜物的數(shù)量、大小、形狀、夾雜物的情況與取樣部位關(guān)系極大，必須注意取樣部位所代表整塊材料。

    b．測(cè)定晶粒拉長(zhǎng)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．金相試樣截面方法：

    試樣的截取必須采用合適的方法。避免切割加工不當(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(zhǎng)或扭曲，奧氏體類(lèi)鋼晶粒內(nèi)部滑移線(xiàn)的增加，多晶鋅晶粒內(nèi)部形變攣晶的出現(xiàn)等等都是容易發(fā)生的毛病。尤其某些低熔點(diǎn)金屬{錫、鋅等），由于它們的再結(jié)晶溫度低于室溫，如果試樣發(fā)生逆性變化，將同時(shí)伴隨有再結(jié)晶過(guò)程，使原來(lái)的組織、晶粒大小發(fā)生根本改變。

    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，采用不同的方法截取試樣。

    a．對(duì)軟性的材料可用手鋸或鋸床等截取。

    b．極硬的合金材料，如淬火鋼及硬質(zhì)合金等．可用砂輪片，金相試樣切割機(jī)截取。

    c．硬脆合金一般用錘擊，挑選合適的碎塊，然后鑲嵌成規(guī)整的試樣。

    d．斜面截取法：對(duì)表層金相組織的分析研究是一種有效的方法。在很多情況下表層厚度極薄，在一般試樣截面上是一條極細(xì)的線(xiàn)條，無(wú)法觀察到清晰的組織。采用斜面截切法可擴(kuò)大觀察范圍，如表面鍍層、拜爾培層的研究。設(shè)觀察層的厚度為d，先切成所訴的標(biāo)準(zhǔn)試樣，將試樣表面磨一斜度，斜角為a，d層的斜面寬度為l，即觀察面l／d稱(chēng)為錐度比值（錐度比值=l／d=l／sin（α））?？梢?jiàn)，l／d比值越大，d越小，則觀察范圍越大。（如l／d為lO時(shí)，α為5º43”）

    （二）金相試樣的鑲嵌

    對(duì)于細(xì)小或形狀特殊的試樣，如線(xiàn)材、細(xì)小管材、薄板、錘擊碎塊等。在磨光時(shí)不易握持，用鑲嵌方法鑲成標(biāo)準(zhǔn)大小的試塊，常用的幾種鑲嵌方法有以下幾種：

    1．低熔點(diǎn)合金鑲嵌法。

    因合金較軟，磨層嵌入砂紙，使磨削困難，導(dǎo)致試樣表面拜爾培層增厚。另外，由于合金與試樣之間的析出電位不同，在浸蝕時(shí)，合金常成為微電池的陽(yáng)極．即負(fù)電位高，迅速被浸蝕溶化，而試樣則很難被浸蝕，必須加長(zhǎng)浸蝕時(shí)間。

    2．塑料鑲嵌法：常用的有熱塑性塑料、熱凝性塑料和聚合塑料。

    塑料鑲嵌的優(yōu)點(diǎn)：

    ①能鑲嵌任何形狀、大小的試樣．甚至金屬粉末。

    ②塑料與金屬試樣接觸緊密（塑料膨脹系數(shù)大）。

    ③塑料成型溫度較低（≤150℃），一般不影響相組織，對(duì)淬火經(jīng)回火鋼也能用。

    ④塑料不受浸蝕，對(duì)試樣也無(wú)浸蝕保護(hù)作用，試樣浸蝕結(jié)果良好。

    ⑤塑料較硬，易磨削，不影響磨光拋光。

    其缺點(diǎn)是：

    ①軟金屬及合金，如鉛、錫、軸承合金等，在加壓力時(shí)易發(fā)生塑性變形，不宜用此法。

    ②對(duì)淬火馬氏體不宜用，因加熱超過(guò)100℃時(shí)，會(huì)發(fā)生回火馬氏體，改變組織。

    ③試樣的表層檢驗(yàn)不宣用。塑料不能完全保護(hù)試樣邊緣不倒角。

    常用的三類(lèi)塑料：

    ①熱凝性塑料：這種塑料在熱壓下成型，通常用的是膠木粉酚一甲醛樹(shù)脂。加入填料木粉），成粉粒狀，褐色（可染成不同顏色）?？刮g能力較強(qiáng)，耐稀酸、稀堿浸蝕。成型溫度在135～150℃，壓力為176～210kg/cm2。在金相試樣鑲嵌機(jī)上進(jìn)行比較方便。（

    ②熱塑性塑料：常用的有聚乙稀聚合樹(shù)脂、醋酸纖維素脂等。抗蝕能力強(qiáng)，抗強(qiáng)酸強(qiáng)，堿浸蝕，溶于丙酮、苯和二甲苯中。加熱變成粘稠狀液態(tài)，冷卻法成型。成型溫度在140～165℃范圍，壓力在176～246kg/cm2?？稍诮鹣嘣嚇予偳稒C(jī)上鑲嵌，注意：磨光時(shí)不能過(guò)熱，以免塑料發(fā)軟變形。只能手工磨光。

    ③化學(xué)聚合塑料：熱塑性或熱凝性塑料鑲嵌都要加熱加壓成型，因此，對(duì)于淬火鋼、較軟的金屬材料仍不適合。可采用不加熱加壓成型的樹(shù)脂，是借以化學(xué)催化作用聚合的樹(shù)脂，如甲基丙稀酸。甲酯聚合樹(shù)脂、單體甲基丙烯酸甲脂為液狀。另一種是催化和填充作用的粉狀材料，使適當(dāng)混合調(diào)勻，呈糊狀，然后注入膜內(nèi)。幾分鐘可成型，經(jīng)十幾小時(shí)硬化后才能磨光。其優(yōu)點(diǎn)是不用加熱加壓，不用鑲嵌機(jī)，硬度高，被鑲試樣邊緣不倒角。

    3．表層（邊緣）檢驗(yàn)試樣制備。在分析表面情況，如表面脫碳、滲碳、氮化、鍍層等，要觀察試樣zui邊緣部分，因此需用特殊方法保護(hù)極邊緣不倒角，可用機(jī)械夾持法，象薄片試樣。裝夾時(shí)選擇合適的填片，要夾緊，使片間緊密接觸，效果不錯(cuò)。

    另外，用電鍍層覆蓋是的方法，鋼鐵試樣可以鍍銅或鍍鐵。

    鍍銅時(shí)要用兩種電鍍液：A液是弱酸性鍍液，可避免試樣表面受侵蝕，在此先鍍上一薄層銅，然后，B強(qiáng)酸性渡液中鍍上一層很厚的銅層。

    鍍銅電鍍液成分及條件如下：

    A鍍液

    氰化銅——225克

    氰化鈉——34．O克

    碳酸鈉——15．0克

    水——1000．O毫升

    電流密度：0．002A／cm。，工作溫度：30～40％：，試樣為陰極，銅片為陽(yáng)極。

    B鍍液

    硫酸銅——250．O克

    濃硫酸——75．0克

    水——1000．O毫升

    電流密度：0．02～O．04A／'on／，工作溫度：室溫。注意：鍍銅之前試樣必須用乙醚清洗去油。

    另外，鍍鐵是效果更好，而且方法簡(jiǎn)單。即使試樣表面有氧化皮，鐵鱗也能鍍上堅(jiān)固的鐵層。表面必須清除油污。鍍鐵電解液

    氯化高鐵——2880克

    氯化鈉——57．0克

    水——1000．0毫升

    電流密度：O．005～0．02A／em2，工作溫度85℃，試樣為陽(yáng)級(jí)，低碳鋼為陰極。

    電鍍溫度要嚴(yán)格控制，低于850C，鍍層氣孔極多，性脆易裂，溫度過(guò)高，鍍鐵層質(zhì)松，鍍粒極粗，易剝落。85℃。

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