鋼材金屬材料金相制樣實驗原理和方法
一、實驗原理：
金相顯微分析是研究金屬內(nèi)部組織最重要的方法之一。用光學(xué)顯微鏡觀察和研究金屬內(nèi)部組織的步驟，首先是制備所取試樣的表面，然后選用合適的浸蝕劑試樣表面，并用金相顯微鏡觀察和研究試樣表面組織。
試樣表面比較粗糙時，由于對人射光產(chǎn)生漫反射，無法用顯微鏡觀察其內(nèi)部組織，因此要對試樣表面加工，通常采用磨光和拋光的方法（拋光和磨光儀器參見圖），
從而得到光亮如鏡的試樣表面。這個表面在顯微鏡下只能看到白亮的一片而看不到其組織細節(jié)，因此必須采用合適的浸蝕劑對試樣的表面進行浸蝕，使試樣表面有選擇性地溶解掉某些部分（如晶界），從而呈現(xiàn)微小的凹凸不平（圖1-1），這些凹凸不平在光學(xué)顯微鏡的景深范圍內(nèi)可以顯示出式樣的組織形貌、大小和分布。
二、 金相式樣的制備方法
金相顯微式樣的制備包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序。
1） 取樣
式樣的選取應(yīng)根據(jù)研究的目的，取其具有代表性的部位。待確定好部位，就可以把式樣截下，式樣的尺寸通常采用直徑12～15mm，高12～15mm的圓柱體或邊長12～15mm的方形式樣。取樣方法可用手鋸、鋸床切割或錘擊等方法。
2） 鑲嵌
如式樣尺寸太小，直接用手來磨制困難時，可把式樣鑲嵌在低熔點合金或塑料中，以便于式樣的磨制和拋光。
3） 磨制
切好或鑲好的式樣在砂輪機上磨平，尖角要倒圓。然后用2﹟、1?﹟和1﹟等粗砂布磨光，再換400.600.800.1000.1200.1500.2000.2500.3000等金相砂紙逐級細磨，一直磨到W10砂紙方可進行粗拋光和細拋光。
磨制式樣時，每換一次磨制步驟（即每換一號砂紙）時，式樣磨制方向應(yīng)轉(zhuǎn)90°。這樣才能看出上次磨痕是否磨去。式樣在每一號砂布（紙）上磨制時，要沿一個方向磨，切忌來回磨削，而且給式樣施加的壓力要適當。
4） 拋光
細磨的式樣還需進行拋光。拋光的目的是去除細磨時遺留下來的細微磨痕而獲得光亮的鏡面。式樣的拋光是在專用的拋光機上進行的，轉(zhuǎn)速一般100～150r/min。拋光時在拋光盤盤面上鋪有絲絨等織物，并不斷滴注拋光液。拋光液是由àl2O3、Cr2O3或MgO等極細粒度的磨料加水而形成的懸浮液，依靠拋光液中極細的拋光粉末與式樣磨面間產(chǎn)生的相對磨削和滾壓作用來消除磨痕。拋光時應(yīng)使式樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷作徑向往復(fù)運動。除機械拋光方法外，還有電解拋光、化學(xué)拋光等其他拋光方法。
5） 浸蝕
經(jīng)拋光后的式樣還必須經(jīng)過浸蝕后才能在顯微鏡下進行觀察。浸蝕主要是依靠浸蝕劑對金屬的溶解或電化學(xué)腐蝕過程，使金屬式樣表面的晶粒與晶界及各組成相之間呈現(xiàn)輕微的凹凸不平，在顯微鏡下就可以清楚地觀察到式樣表面，浸蝕時間要適當，一般式樣磨面發(fā)暗時就可停止。如果浸蝕不足重復(fù)浸蝕。浸蝕完畢后立即用清水沖洗，然后用酒精沖洗，最后用吹風(fēng)機吹干，式樣即可置于金相顯微鏡上進行觀察
三、金屬材料常用的浸蝕劑
浸蝕劑名稱 | 成分 | 浸蝕條件 | 使用范圍 |
A．鋼鐵材料常用的浸蝕劑 | |||
硝酸酒 精溶液 |
硝酸5ml 酒精95ml | 速度增加。浸蝕時間從數(shù)秒至60s | 適用于顯示碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)不同熱處理的組織。顯示鐵素體晶界特別清晰 |
苦味酸 |
苦味酸4g | 有時可用較淡溶液浸蝕數(shù)秒至數(shù)分鐘 | 能顯示碳鋼、低合金鋼的各種熱處理組織、特別是顯示細珠光體和碳化物。顯示鐵素體晶界效果則不如硝酸酒精溶液 |
| 鹽酸 10ml | 浸蝕2～10min | 顯示高速鋼淬火及回火后鋼的奧氏體晶粒，顯示回火馬氏體組織 |
王水溶液 | 鹽酸（相對密度1.19） | 式樣浸入試劑內(nèi)數(shù)次，每次2～3s，并拋光、用水和酒精沖洗 | 顯示各類高合金鋼組織，用于Cr-Ni不銹鋼的組織顯示、晶界、碳化物析出物特別清晰 |
B．有色金屬材料常用的浸蝕劑 | |||
氯化鐵、鹽酸溶液 | FeCl3 HCl H2O | 先擦拭，再浸入試劑中1～2min | 顯示黃銅、青銅的晶界，使二相黃銅中的?相發(fā)暗，鑄造青銅枝晶組織圖象清晰 |
| HF(濃) 0.5ml | 用棉花沾上試劑擦拭10～20s | 可顯示鋁合金的一般顯微組織 |
濃混合酸溶液 | HF（濃）10ml | 此液作粗視浸蝕用；若用作顯微組織，則可用水按9：1沖淡后作為浸蝕劑用 | 是顯示軸承合金粗視組織文化顯微組織的最佳浸蝕劑 |
四、金相顯微鏡操作規(guī)程
金相顯微鏡屬于精密光學(xué)儀器，為了保證金相顯微鏡系統(tǒng)正常的發(fā)揮功能，特制定本規(guī)程。
金相顯微鏡由專人使用，專人負責(zé)日常維護、保養(yǎng)。任何人未經(jīng)許可，不得調(diào)試該設(shè)備。
金相顯微鏡系統(tǒng)的操作步驟及日常維護、保養(yǎng)注意事項如下：
1、顯微鏡部分
1、去掉防塵罩，打開電源。
2、將試樣置于載物臺墊片，調(diào)整粗/微調(diào)旋鈕進行調(diào)焦，直到觀察到的圖像清晰為止。
3、調(diào)整載物臺位置，找到關(guān)心的視場，進行金相分析。
2、計算機及圖像分析系統(tǒng)
將金相顯微鏡上的觀察/照相切換旋鈕調(diào)至PHOT位置，金相顯微鏡里觀察到的信息便轉(zhuǎn)換到視頻接口和攝像頭，打開計算機，啟動圖象分析軟件，即可觀察到來自金相顯微鏡的實時的圖像，找到關(guān)心的視場后將其采集、處理。
3、日常維護、保養(yǎng)及注意事項
為保證系統(tǒng)的使用壽命及可靠性，注意以下事項：
1.試驗室應(yīng)具備三防條件：防震（遠離震源）、 防潮（使用空調(diào)、干燥器）、防塵（地面鋪上地板）；電源：220V±10%，50HZ；溫度：0°C—40°C。
2.調(diào)焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。
3.當載物臺墊片圓孔中心的位置遠離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。
4.亮度調(diào)整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時也有損視力。
5.所有（功能）切換，動作要輕，要到位。
6.關(guān)機時要將亮度調(diào)到最小。
7.非專業(yè)人員不要調(diào)整照明系統(tǒng)（燈絲位置燈），以免影響成像質(zhì)量。
8.更換鹵素?zé)魰r要注意溫，以免灼傷；注意不要用手直接接觸鹵素?zé)舻牟Ａw。
9.關(guān)機不使用時，將物鏡通過調(diào)焦機構(gòu)調(diào)整到最低狀態(tài)。
10.關(guān)機不使用時，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。
11.不經(jīng)常使用的光學(xué)部件放置于干燥皿內(nèi)。
12.非專業(yè)人員不要嘗試擦物鏡及其它光學(xué)部件。目鏡可以用脫脂棉簽蘸1:1比例（無水酒精：乙醚）混合液體甩干后擦拭，不要用其他液體，以免損傷目鏡。
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