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实验二 金相样品的制备 一、实验目的 1、掌握金相样品的制备方法； 2、熟悉掌握金相显微组织的显示方法。 二、实验原理 用金相显微镜观察经过特别磨制的金相试样以研究金属和合金组织及内部缺陷的方法，叫显微分析法。金相显微分析是研究金属内部组织最重要的方法之一。在生产科研中，利用金相显微镜来检验分析金属材料的显微组织是不可缺少的手段。它可以解决金属组织方面的诸多问题，如金属与合金的组织，晶粒的大小和形状、裂纹以及热处理工艺是否合理等。 金属内部的组织，是由各种“相”组成的，各种“相”的分布、形态直接反映了金属的组织。金属样品是用在显微镜下进行分析和研究的试样。用光学显微镜观察和研究金属内部组织的步骤，首先是制备所取试样的表面，使其观察面制成光洁度很高的平面，然后选用合适的浸蚀剂通过浸蚀使不同的“相”呈现出来，即可在显微镜下观察显微组织特征。 试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫反射，无法用显微镜观察其内部组织，因此要对试样表面加工，通常采用磨光和抛光的方法，从而得到光亮如镜的试样表面。这个表面在显微镜下只能看到白亮的一片而看不到其组织细节，因此必须采用合适的浸蚀剂对试样的表面进行浸蚀，使试样表面有选择性地溶解掉某些部分（如晶界），从而呈现微小的凹凸不平，这些凹凸不平在光学显微镜的景深范围内可以显示出试样的组织形貌、大小和分布。 金属的显微分析包括以下三个主要步骤：制备金相显微试样、浸蚀显微试样以显示出组织及利用金相显微镜进行观察金属的组织。 1、金相样品的制备过程 为了在金相显微镜下清楚地观察到金属内部的显微组织，金属试样必须进行精心的制备。显微试样的制备过程包括：取样、粗加工（磨平）、镶嵌、磨光、抛光和浸蚀。 （1）取样及粗加工 金相试样取样时，要注意取样方位及观察面截取部位的选择，要根据研究的目的而定，同时保证试样被观察面的金相组织不发生变化，试样必须能表征被检验材料的性质。例如：研究热处理后的零件时，因为组织较均匀可自由选取断面试样。但对于表面热处理后的零件，则要注意观察表面情况，如氧化层、脱碳层、渗碳层等。研究零件损坏的原因，就必须在损坏的部位截取试样。研究铸造合金时，由于其组织不均匀，应从铸件表面和心部等典型部位分别取样，以便全面进行金相组织观察。对于轧材，如研究材料表层缺陷和非金属夹杂物分布时，应垂直轧制方向取样；研究材料变形、晶粒拉长、带状组织等，应平行轧制方向取样。 取样方式，取样时应保证试样的观察面不发生组织改变。对于软材料取样可以用锯、车、刨等方法截取；硬材料可以用水冷砂轮片切割取样或电火花线切割取样；硬脆材料可以用锤击取样；大件可以用氧气切割等等。注意必须用电、气焊切割时，应注意进行冷却，防止过热过烧，以防金相组织发生改变。 金相试样适宜的尺寸是Φ15～25mm，高在12～15mm的圆柱体；或面积为12×12mm2，高在12～15mm的正方体。如图2–1所示。 试样截取后，要选一个合适的面作为金相磨面进行粗加工。 图2–1 试样尺寸 （2）镶嵌（镶样） 一般试样不需镶样。但尺寸特别细小的试样，如细丝、薄片、细管或形状不规则，以及有特殊要求（例如要求观察表层组织）试样，制备时比较困难，则必须把它镶嵌起来。 主要镶嵌方法：有低熔点合金的镶嵌、胶木粉镶嵌、电玉粉镶嵌、密胺压塑粉镶嵌、环氧树脂镶嵌、夹具夹持法等等。目前一般多采用胶木粉镶嵌。镶嵌时采用专门的镶样机，将试样及胶木粉放入模具中加压加温后即可制成圆柱形试样。 对于特殊要求的材料，用胶木粉镶嵌时要加一定的温度和压力，会使某些组织发生变化等，在这种情况下，也可改用夹具夹持法。各种试样的镶嵌方法如图2–2所示。 图2 – 2 各种试样的镶嵌 （3）试样的磨光 ① 粗磨 截取的试样往往是表面凹凸不平极为粗糙，由于表面不平整，故需进行粗磨。粗磨可用锉刀（如有色金属）或40 ～ 60目的砂轮将试样整平。粗磨时为了防止试样温度升高而引起组织变化，通常用水进行冷却，接触压力尽量减轻，以减少表面层的变形。对于不需做表层检查的试样，可将其磨面的四周倒成圆角（表面热处理试样除外），以免在细磨或抛光时撕裂砂纸或抛光布。粗磨完毕后，试样和操作者的双手应冲洗干净、吹干，防止砂子带入后续细磨中，使其增加困难。 细磨 粗磨后的试样表面仍然有很深的磨痕，需要进行细磨。细磨是为了消除粗磨时留下的磨痕，使试样表面磨光，为下一步抛光做好准备。 细磨有手工磨和机械磨两种。手工磨是用手拿持试样，在金相砂纸上磨平。我国金相砂纸按粗细分为（由粗到细）： w28（01号）、w20（02号）、w14（03号）、w10（04号）、w7（05号）、w5（06号）。细磨时，依次从w28（01号）至w5（06号）金相砂纸按顺序逐级进行磨制。这样砂纸上的磨粒与试样