低溫磁場(chǎng)測(cè)試和試樣制備系統(tǒng)

適用于對(duì)不是整形、不易于拿的微小金相試樣進(jìn)行熱固性塑料壓制，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，然后進(jìn)行切割、拋光等。常用的鑲嵌法有低熔點(diǎn)合金鑲嵌法、塑料鑲嵌法。

實(shí)驗(yàn)室金相試樣制備過(guò)程大概如下:

正確地檢驗(yàn)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(yīng)能觀察到真實(shí)組織、無(wú)磨痕、麻點(diǎn)與水跡，并使金屬組織中的夾物、石墨等不脫落。否則將會(huì)嚴(yán)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(gè)步驟。

選擇合適的、有代表性的試樣是進(jìn)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(yàn)面及確定截取方法、試樣尺寸等。

(1)取樣部位及檢驗(yàn)面的選擇

取樣的部位和檢驗(yàn)面的選擇，應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)?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(shí)，應(yīng)在發(fā)生缺陷和破損部位取樣，同時(shí)也應(yīng)在完好的部位取樣，以便對(duì)比;檢測(cè)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(shí)，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(duì)于軟材料，可以用鋸、車(chē)、刨等方法;對(duì)于硬材料，可以用砂輪切片機(jī)切割或電火花切割等方法;對(duì)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(shí)，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(zhǎng)15~20mm的立方體。

分粗磨和細(xì)磨兩步。試樣取下后，首先進(jìn)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(shí)，應(yīng)握緊試樣，使試樣受力均勻，壓力不要太大，并隨時(shí)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(shí)將砂紙和拋光織物劃破。但是，對(duì)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(jìn)行鑲嵌。

細(xì)磨是消除粗磨時(shí)產(chǎn)生的磨痕，為試樣磨面的拋光做好準(zhǔn)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(xì)的各號(hào)金相砂紙上磨光。常用的砂紙?zhí)枖?shù)有01、02、03、04號(hào)4種，號(hào)小者磨粒較粗，號(hào)大者較細(xì)。磨制時(shí)砂紙應(yīng)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(wù)求平穩(wěn)，否則會(huì)使磨痕過(guò)深，且造成試樣磨面的變形。試樣退回時(shí)不能與砂紙接觸，這樣"單程單向"地反復(fù)進(jìn)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(hào)更細(xì)的砂紙時(shí)，應(yīng)將試樣上磨屑和砂粒清除干凈，并轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)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(yīng)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(shí)，該道工序本身應(yīng)盡可能減少損傷，以便進(jìn)行下一道工序。最后一道磨光工序產(chǎn)生的變形層深度應(yīng)非常淺，應(yīng)保證能在下一道拋光工序中除去。

磨制鑄鐵試樣時(shí)，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(rùn)滑劑。磨制軟軟的有色金屬試樣時(shí)，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(jī)油、汽油、肥皂水溶液或甘油水溶液作潤(rùn)滑劑。

金相試樣還可以用機(jī)械磨制來(lái)提高磨制效率。機(jī)械磨制是將磨粒粗細(xì)不同的水砂紙裝在預(yù)磨機(jī)的各磨盤(pán)上，一邊沖水，一邊在轉(zhuǎn)動(dòng)的磨盤(pán)上磨制試樣磨面。配有微型計(jì)算機(jī)的自動(dòng)磨光機(jī)可以對(duì)磨光過(guò)程進(jìn)行程序控制，整個(gè)磨光過(guò)程可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成。

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(wú)痕的鏡面。金相試樣的拋光可分為機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光三類(lèi)。機(jī)械拋光簡(jiǎn)便易行，應(yīng)用較廣。

(1)機(jī)械拋光

機(jī)械拋光是在專(zhuān)用的拋光機(jī)上進(jìn)行的，拋光機(jī)主要是由電動(dòng)機(jī)和拋光圓盤(pán)(Ф200~300mm)組成，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速為200~600r/min以上。拋光盤(pán)上鋪以細(xì)帆布、呢絨、絲綢等。拋光時(shí)在拋光盤(pán)上不斷滴注拋光液。拋光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等細(xì)粉末(粒度約為0.3~1μm)在水中的懸浮液。機(jī)械拋光就是靠極細(xì)的拋光粉末與磨面間產(chǎn)生相對(duì)磨削和液壓作用來(lái)消除磨痕的。 操作時(shí)將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤(pán)上，并沿盤(pán)的邊緣到中心不斷作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。拋光時(shí)間一般為3~5min。拋光后的試樣，其磨面應(yīng)光亮無(wú)痕，且石墨或夾雜物等不應(yīng)拋掉或有曳尾現(xiàn)象。這時(shí)，試樣先用清水沖詵 ，再用無(wú)水酒精清洗磨面，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。

(2)電解拋光

電解拋光是利用陽(yáng)極腐蝕法使試樣表面變得平滑光高的一種方法。將試樣浸入電解液中作陽(yáng)極，用鋁片或不銹鋼片作陰極，使試樣與陰極之間保持一定距離(20~30mm)，接通直流電源。當(dāng)電流密度足夠時(shí)，試樣磨面即由于電化學(xué)作用而發(fā)生選擇性溶解，從而獲得光滑平整的表面。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，只產(chǎn)生純化學(xué)的溶解作用而無(wú)機(jī)械力的影響，因此，可避免在機(jī)械拋光時(shí)可能引起的表層金屬的塑性變形，從而能更確切地顯示真實(shí)的金相組織。但電解拋光操作時(shí)工藝規(guī)程不易控制。

(3)化學(xué)拋光

化學(xué)拋光的實(shí)質(zhì)與電解拋光相類(lèi)似，也是一個(gè)表層溶解過(guò)程。它是一種將化學(xué)試劑涂在試樣表面上約幾秒至幾分鐘，依靠化學(xué)腐蝕作用使表面發(fā)生選擇性溶解，從而得到光滑平整的表面的方法。

4. 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(xué)浸蝕法;(2)電解浸蝕法;(3)金相組織特殊顯示法，其中化學(xué)浸蝕法最為常用。

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(wú)法辨別出各種組成物及其形態(tài)特征，必須使用浸蝕劑對(duì)試樣表面進(jìn)行"浸蝕"，才能清楚地看到顯微組織的真實(shí)情況。鋼鐵材料最常用的浸蝕劑為3%~4%硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液。

最常用的金相組織顯示方法是化學(xué)浸蝕法，其主要原理是利用浸蝕劑對(duì)試樣表面的化學(xué)溶解作用或電化學(xué)作用(即微電池原理)來(lái)顯示組織。 對(duì)于純金屬單相合金來(lái)說(shuō)，浸蝕是一個(gè)純化學(xué)溶解過(guò)程。由于金屬及合金的晶界上原子排列混亂，并有較高的能量，故晶界處容易被浸蝕而呈現(xiàn)凹溝。同時(shí)，由于每個(gè)晶粒原子排列的位向不同，表面溶解速度也不一樣，因此，試樣浸蝕后會(huì)呈現(xiàn)出輕微的凹凸不平，在垂直光線(xiàn)的照射下將顯示出明暗不同的晶粒。對(duì)于兩相以上的合金而言，浸蝕主要是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程。由于各組成具有不同的電極電位，試樣浸入浸蝕劑中就有兩相之間形成無(wú)數(shù)對(duì)"微電池"。具有負(fù)電位的一相成為陽(yáng)極被迅速浸入浸蝕劑中形成凹洼;具有正電位的另一相則為陰極，在正常電化學(xué)作用下不受浸蝕而保持原有平面。當(dāng)光線(xiàn)照射到凹凸不平的試樣表面時(shí)，由于各處對(duì)光線(xiàn)的反射程度不同，在顯微鏡下就能看到各種不同的組織和組成相。

浸蝕方法是將試樣磨面浸入浸蝕劑中，或用棉花沾上浸蝕劑控試表面。浸蝕時(shí)間要適當(dāng)，一般試樣磨面發(fā)暗時(shí)就可停止。如果浸蝕不足，可重復(fù)浸蝕。浸蝕完畢后，立即用清水沖詵，接著用酒精沖洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。這樣制得的金相試樣即可在顯微鏡下進(jìn)行觀察和分析研究。如果一旦浸蝕過(guò)度，試樣需要重新拋光，甚至還需在04號(hào)砂紙上進(jìn)行磨光，再去浸蝕。