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光学金相显微试样的制备

原理

显微分析是争论金属内部组织的最重要的方法。在金相学一百多年的进展历史中，绝大局部争论工作是借助于光学显微镜完成的。近年来，电子显微镜的重要性日益增加，但是光学显微金相技术在教学、科学和生产中仍将占据肯定的位置。

试样制备工作包括很多技巧，需要有长期的实践阅历才能较好地把握；同时它也比较费时和单调，往往使人感到厌烦。金相显微镜的使用之所以比生物显微镜晚二百年，其缘由就是由于长期没有解决好试样制备问题。

由于争论材料各异，金相显微制样的方法是多种多样，其程序通常可分为取样、镶样、磨光、机械抛光(或电解概抛光、化学抛光)、腐蚀等几个主要工序，无论哪一个工序操作不当，都会影响最终效果。因此，不应无视任何一个环节。不适当的操作可能形成“伪组织”导致错误的分析。为能清楚的显示出组织细节，在制样过程中不使试样表层发生任何组织变化，曳尾、划痕、麻点等，有时尚需保护好试样的边缘。

取样

选择适宜的、有代表性的试样是进展金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。

一、取样部位及检验面的选择

取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程，应选择有代表性的部位。生产中常规检验所用试样的取样部位、外形、尺寸都有明确的规定(详见有关行业和国家公布标准)。零件失效分析的试样，应当依据失效的缘由，分别在材料失效部位和完好部位取样，以便于比照分析。对铸件，必需从外表到心部，从上部到下部观看其组织差异，以了解偏析状况，以及缩孔疏松及冷却速度对组织的影响。因此，取样时要兼顾考虑，对锻轧及冷变形加工的工件，应承受纵向检查面，以观看组织和夹杂物的变样子况，而热处理后的显微组织则应承受横向截面。

二、试样的截取

取样时，应保证被观看的截面由于截取而产生组织变化，因此对不同的材料要承受不同的截取方法：对于软材料，可以用锯、车、刨等加工方法；对于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法。对于硬而脆的材料，可以用锤击方法。在大工件上取样，可用氧气切割等方法。在用砂轮切割或电火花切割时，应实行冷却措施，以免试样因受热而引起组织变化。

三、试样尺寸

金相试样的大小以便于握持、易于磨制为准。通常显微试样为直径15mm、高15~20mm

的圆柱体或边长为15~25mm的立方体。

对于外形特别或尺寸细小不易握持的试样，要进展镶嵌或机械夹持。

试样取下后一般黑色金属要用砂轮打平，对于很软的材料(如铝、铜、镁等有色金属)可用锉刀锉平。磨砂轮时应利用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向缓慢往复移动，施加压力要均匀。这样既可以保证使试样磨平，还可以防止砂轮侧面磨出凹槽，使试样无法磨平。在磨制过程中，试样要不断用水冷却，以防止试样因受热升温而产生组织变化。此外，在一般状况下，试样的周界要砂轮或锉刀磨成45°角，以免在磨光及抛光时将砂纸和抛光织物划破，但是对于需要观看表层组织(如渗碳层、脱碳层)的试样，则不能将边缘磨圆，这种试样最好

进展镶嵌。

镶样

一般状况下，假设试样大小适宜，则不需要镶样，但试样尺寸过小或外形极不规章者，如带、丝、片、管，制备试样格外困难，就必需把试样镶嵌起来。镶嵌分冷镶嵌和

热镶嵌二种。

目前一般多承受塑料镶嵌。镶嵌材料有热凝性塑料(如胶木粉)、热塑性塑料(如聚氯乙烯)、冷凝性塑料(环氧树脂加固化剂)及医用牙托粉加牙托水等。这些材料都各有其特点。胶木粉不透亮，有各种颜色，而且比较硬，试样不易倒角，但抗强酸强碱的耐腐蚀性能比较差。聚氯乙烯为半透亮或透亮的，抗酸碱的耐腐蚀性能好，但较软。用这两种材料镶样均需用专

门的镶样机加压加热才能成型。金相试样镶样机主要包括加压设备、加热设备及压模三局部。

对温度及压力极敏感的材料(如淬火马氏体与易发生塑性变形的软金属)，以及微裂纹的试样，应承受冷镶、洗涤后可在室温下固化，将不会引起试样组织的变化。

环氧树脂、牙托粉镶嵌法对粉末金属，陶瓷多孔性试样特别适用。电解制样时，可参加铜粉等金属填

料以产生导电性，还可参加耐磨填料如AlO等来增

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图2-1 金相试样镶样机

低熔点合金镶嵌法，利用融溶的低溶点合金溶液浇铸镶嵌成适宜的金相试样。将欲镶嵌的细小试样放置在一块平坦的铁板上，用适宜的金属圈或塑料圈套

加硬度及耐磨性，保持试样的边缘，填料一般在制样

前参加到压镶塑料中去。机械镶嵌法，适用外形比较规章像圆柱体，薄板等。

图2-2a 机械镶嵌用夹具 图2-2b低熔点合金和牙托粉加牙托水镶嵌法

在试样外面，将低熔点合金注入圈内待冷却后即可。

牙托粉加牙托水镶嵌法，这种方法操作便利。室温下将牙托粉加适量的牙托水调成糊状(不能太稀)，将欲镶嵌的细小试样放置在一块平坦的玻璃上