金属学原理实验指导书 - 图文(2)

面进行。

确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径为ф12—15mm、高度（或边长）为12—15mm的圆柱体或方形试样，如图2所示。

图2 金相试样的尺寸

试样截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割；对硬而脆的材料（如淬火钢）则可采用砂轮切片机或电脉冲加工等切割。但是不论采用哪种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。 2．镶嵌

对于尺寸过于细小的金属丝、片及管等，用手来磨制，显然很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、聚乙烯聚合树脂等）中，如图3所示。

图3 金相试样的镶嵌方法

(a)、(b)，机械镶嵌；(c)，低熔点合金镶嵌；(d)，塑料镶嵌

3．磨制

试制的磨制一般分为粗磨与细磨

(1)粗磨 粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，同时为了去掉截取时有组织变化的部分(如氧一乙炔割取的试样的热影响区部分)。钢铁材料试样的粗磨通常

在砂轮机上进行。但在磨制时应注意:试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样表面形成很深的磨痕，从而增加了细磨和抛光的困难；要随时用水冷却试样，以免受热的影响而起组织的变化；试样边缘的棱如没有保存的必要，可先行磨圆 (倒角)，以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。当试样表面平整后，粗磨就告完成，然后将试样用水冲洗擦干。 (2)细磨 经粗磨的试样表面虽然平整但仍还存在有较深的磨痕，如图4所示。因此，细磨的目的就是消除这些磨痕，以获得一个更为平整而光滑的磨面，并为下一步抛光准备。

图4 试样磨面上磨痕变化情况示意图

细磨是在一套粗细程度不同的金相砂纸上由粗到细依次序进行的。 砂纸号数:180、280、320、0、01、02、03、04、05。

究竟选那几号砂纸，磨到那号为止视钢料和要求的情况而定。对于一般碳钢样品选用从280至04号砂纸。

细磨可按图5所示的方式进行。将砂纸平铺在玻璃板上，一手将砂纸按住，一手将试样磨面轻压在砂纸上，并向前推移进行磨削，直到磨面上仅留有一个方向的均匀的磨痕为止。在磨面上所加的压力应力求均衡，磨面与砂纸必须完全接触，这样才能使整个磨面平均地进行磨削。为了保证磨面平整而不产生曲面，磨削应单方向进行。向前推动时进行磨削，然后将磨片提起拉回，在回程中不与砂纸接触。在更换细一级砂时，须将试样的磨削方向调转90°即与上一道磨痕方向垂直，直到把上一道砂纸所产生的磨痕全部消除为止。此外，在更换砂纸时还应将试样，玻璃板清理干净，以防粗砂粒带到下一道细砂纸上产生粗的深痕。

为了加快磨制速度可采用在转盘上贴有不同型号砂纸的预磨机实现机械磨光。

图5手工磨光操作

(a) 操作姿势；(b)正确的磨光操作过程

4．抛光

细磨后的试样还需进行最后一道磨制工序——抛光，其目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕，以获得光亮无疵的镜面。

试样的抛光一般可分为：机械抛光、电解抛光和化学抛光。这里主要介绍机械抛光。

(1)机械抛光 试样的机械抛光是在专用抛光机上进行的。抛光机的主要结构是由电动机和水平抛光盘组成，转速300～500转／分钟。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等抛光织物。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液，抛光液通常采用Al203、MgO或Cr203等细粉末(粒度约为0.3～1μ)在水中的悬浮液(每升水中加入A12035～10克)或采用由极细钻石粉制成的膏状抛光剂等。A1203又称刚玉，白色透明，用于粗抛和精抛。MgO白色，适用于铝、镁及其合金等软性材料的最后精抛。Cr203为绿色，具有很高的硬度，适用于淬火后的合金钢，高速钢以及钛合金的抛光。

机械抛光就是靠极细的抛光粉与磨面间产生的相对磨削和滚压作用来消除磨痕的。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上(可先轻后重)并沿盘的边缘到中心不断作径向往复移动，抛光时间一般约3～5分钟，最后抛光后，试样表面应看不出任何磨痕而呈光亮的镜面。需要指出的是抛光时间不宜过长，压力也不可过大，否则将会产生紊乱层而导致组织分析得出错误的结论。

抛光结束后用水冲洗试样并用棉花擦干或吹风机吹干，若只需要观察金属中的各种夹杂物或铸铁中的石墨形状时，则可将试样直接置于金相显微镜下进行观察。

(2)电解抛光 电解抛光是靠着电化学的作用在试样表面形成一层“薄膜层”而获得光滑平整的磨面，其优点在于它只产生纯化学的溶解作用而无机械力的影

响，因此可避免机械抛光时引起表面层金属的变形或流动，从而能够较正确地显示出金相组织的真实性。

(3)化学抛光 化学抛光的实质与电解抛光类似，也是一个表层溶解过程，但它纯粹是靠化学药剂对于不均匀表面所产生选择性溶解的结果而获得光亮的抛光面。 5．浸蚀

经抛光后的试样磨面，如果直接放在显微镜下观察时，所能看到的只是一片光亮，除某些夹杂物或石墨外，无法辨别出各种组织的组成物及其形态特征。因此，必须使用浸蚀剂对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地显示出显微组织。 最常用的金相组织显示方法是化学浸蚀法。化学浸蚀法的主要原理就是利用浸蚀剂对试样表面所引起的化学溶解作用或电化学作用(即微电池原理)来显示金属的组织。它们的浸蚀方式则取决于组织中组成相的性质和数量，

对于纯金属或单相合金来说浸蚀仍是一个纯化学溶解过程，由于金属及合金的晶界上原于排列混乱，并具有较高的能量，因此晶界处较为容易被浸蚀而呈现凹沟，如图6所示，同时由于每个晶粒中原子排列的位向不同，所以各自的溶解速度各不一样，致使被浸蚀的深浅程度也有区别，在垂直光线的照射下将显示出明暗不同的晶粒。

(a) 铁素体晶界 (b) 层片状珠光体

图6 单相和两相组织显示图

对于两相以上的合金组织来说，则浸蚀主要是一个电化学腐蚀过程，由于各组成相的成份不同，各自具有不同的电极电位，当试样浸入具有电解液作用的浸蚀剂中，就在两相之间形成无数对“微电池”，具有负电位的一相成为阳极，被迅速地溶入浸蚀剂中，而使该相形成凹洼，具有正电位的另一相成为阴极，在正常电化学作用下不受浸蚀而保持原有的光滑表面。当光线照射到凹凸不平的试样表面时，由于各处对光线的反射程度不同，在显微镜下就能观察到各种不同的组织及组成相，如图6（b）所示。

浸蚀方法通常是将试样磨面浸入浸蚀剂中，也可用棉花沾上浸蚀剂擦试样表面，浸置时间要适当，一般使试样磨面发暗时就可停止，如果浸蚀不足，可重复浸蚀，浸蚀完毕后立即用清水冲洗，然后用棉花沾上酒精擦试表面并吹干，至此，金相试样的制备工作全部结束。 （三）金相图像采集与分析

金相试样制备好以后，即可在金相显微镜下进行组织观察。组织观察结束后，常常需要将图像保存，以供日后进一步分析和使用。传统的方法是借助显微摄影的手段对所观察到的图像进行拍摄，经过底片的曝光、冲洗、印相及放大等步骤，获得所需的金相照片。随着计算机技术的发展，图像的数字化处理技术日臻完善，将金相显微镜、数码相机（或CCD摄像机）和计算机及相应的图像处理和分析软件集成在一起，形成了多种金相图像分析系统。图7为MIAPS金相图像分析系统。

图7 图像分析系统硬件连接示意图

该系统由金相显微镜、高分辨率CCD摄像头、图像采集卡、计算机和打印机等硬件构成。其系统软件具有如下主要功能：

（1）图像采集

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