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淺談鑄鐵金相試樣制備方法
發布于:2019-07-17 點擊量:2508


鑄鐵組織中有大量石墨,其金相試樣在制備時常常產生石墨曳尾、污染和脫落等問題,妨礙正確評定組織。在半自動或全自動金相試樣制備方法尚未普及情況下,向同行交流一下手工制備鑄鐵金相試樣的經驗和技巧也許是必要的。

1 制樣常用的設備及材料

在金相試樣制備過程中,粗磨常用質地較好的水砂紙,細磨則采用280號、320號、01~06號金相砂紙;機械拋光用P22型金相試樣拋光機,拋光織物多為海軍呢,拋光液常用Cr2O3水懸浮液再加少許鉻酸溶液,Cr2O3微粉是化學試劑中的分析純。用這樣的配置制備鑄鐵金相試樣,效果較好。

2 試樣的磨光

磨光過程是試樣制備重要的階段,除使試樣表面平整外,主要是使組織損傷層減少到低程度甚至毫無損傷[1]。對于手工制樣來說,首先用砂輪機或粗砂紙磨平試樣表面,然后用6~8級的金相砂紙磨光。許多資料介紹,鑄鐵試樣磨制時加潤滑劑效果較好,但實踐中發現,不加潤滑劑磨光時效果也挺好。圖1為在金相砂紙上依次干磨到04號砂紙時球墨鑄鐵試樣的狀況。磨光時施加的壓力大小要合適,在更換下道細砂紙時不必減小壓力,因為在合適范圍內施加的壓力大,磨光速率也大,而對損傷層的影響并不大[2]。但用力不宜過大,時間也不宜過長,以免試樣表面氧化產生新的損傷層,給拋光帶來困難。經這樣磨光的試樣,置于顯微鏡下觀察,呈現出一個方向的細磨痕,石墨輪廓清晰,且呈灰色。

1 未拋光的球墨鑄鐵

用舊的、失去切削力的金相砂紙磨制試樣不利于保護石墨,會使部分石墨脫落。其空腔會由于周圍金屬變形而變小或由于腐蝕而擴大,腔內被污物填充[4],影響石墨評定的正確性,因此要及時更換砂紙。試樣與砂紙每次的接觸時間應控制在5~10s。這樣,可以隨時觀察試樣表面劃痕消除情況,還可緩解操作者手指的疲勞,有利于控制試樣的平穩,提高效率[5]。用手工細磨金相試樣時,砂紙由粗到細應逐級進行,否則,會使下道砂紙的磨制時間延長,也有可能掩蓋前道砂紙留下的粗劃痕,增加試樣拋光難度。

3 試樣的拋光

拋光是試樣制備的最后階段,目的是去除磨光時留下的磨痕,提高表面的光反射性,改善組織分辨率[1]。

3.1 鑄鐵試樣拋光的特點

鑄鐵試樣中存在各種形態的石墨。拋光時,既要使基體表面無劃痕,又要保證石墨不污染、不脫落、不曳尾,還要正確顯露其形狀、大小及顏色。否則就會影響顯微組織的準確評定,甚至混淆石墨與缺陷。因此,拋光時用力不可太大,時間不可太長,要選擇適當的拋光織物[4]。

3.2 拋光織物及拋光液的選擇

為了防止石墨被污染和脫落,要選擇合適的拋光織物。長毛織物對石墨不利,無毛織物不能消除基體劃痕,采用短毛、纖維柔軟的絲絨較為適宜[4]。但是,在長期實踐中發現,用海軍呢作拋光織物,在約500mLCr2O3水懸浮液中加入3~4滴1%的鉻酸溶液作拋光液,進行機械2化學拋光,可使石墨呈現原色、原形,效果較好,如圖2所示。

石墨曳尾是拋光過程中試樣的自轉不夠造成的。其特征是大多數石墨沿同一方向“拖尾巴”。因此,拋光時,試樣不但要沿拋光盤的半徑方向來回移動,還要不斷自轉,即試樣和握持的手指間要有相對運動。這種方法可有效防止石墨曳尾,如圖2所示。

                                  

2 拋光的球墨鑄鐵

3.3拋光液的使用

試樣拋光時,拋光液的滴入量遵循“量少次數多,中心向外擴”的原則[3]。即每次滴入量要少,但要經常滴,把拋光液滴到拋光盤的中心,通過離心力作用使拋光液向周圍擴散??椢锏臐穸纫蕴崞鹪嚇訒r試樣表面既不能粘有干的拋光微粉和出現黑膜,也不能呈水汪汪為宜。即試樣與拋光布接觸的時間應當控制在10~20s內,在不斷提起試樣觀察拋光效果的同時,檢查拋光布的濕度狀態,及時補充拋光液[5]。

3.4 消除試樣表面污物

無論是鑄鐵還是其它試樣,在拋光時,表面往往粘有污物。這種污物清洗時用水及酒精無法擦掉,在顯微鏡下觀察是有規律的黑色小點或亮色小圈。要消除這種缺陷,在拋光后期,往拋光盤中心倒少許清水,靠手感使試樣和拋光織物輕輕接觸,拋到試樣表面干凈為止,試樣要不斷自轉。

4 試樣的侵蝕

試樣侵蝕過淺或過深、表面不干凈,特別是有石墨存在的鑄鐵試樣表面很容易產生花斑,這些都會使顯微組織特征不明顯,增加顯微組織評定困難。一般金相試樣的侵蝕步驟為:水沖洗試樣—擦酒精—涂侵蝕劑—水沖洗試樣—擦酒精—吹干。試樣侵蝕時間長短視顯微組織的不同來確定。

4.1 一般鋼鐵試樣的侵蝕

對于鐵碳合金平衡組織來說,含碳量依次由低到高,侵蝕時間由長到短(工業純鐵20s左右,而共析鋼以上的碳鋼,時間在10s左右),試樣表面的顏色由銀灰色變化到花色(其它熱處理的碳鋼試樣顯微組織約10s左右,顏色為深灰色)。具體操作方法:水沖洗試樣、擦酒精,然后將試樣表面傾斜約45°,用蘸有侵蝕劑的棉球擦拭試樣表面,不斷觀察顏色變化并計錄時間長短,確認侵蝕時間已到,立即用流動水沖洗試樣,再擦酒精(這道工序是試樣表面干凈與否的關鍵),用蘸有酒精的棉球由上至下慢慢擦拭試樣表面,稍微用力(主要是擠出棉球中的酒精),一邊擦拭,試樣表面的酒精一邊揮發,當試樣表面擦拭完畢,酒精也揮發結束后,先用電吹風的涼風吹干試樣表面,再用熱風把試樣周圍吹干,最后置于顯微鏡下觀察組織。

4.2 鑄鐵金相試樣的侵蝕

對于純鐵素體基體的鑄鐵,侵蝕時間一般約在20s左右,其它基體的鑄鐵試樣,10~15s即可。值得注意的是,第二次在試樣表面擦酒精時,酒精不能留在試樣表面,否則,在隨后吹干時,鑄鐵試樣表面極易產生花斑。

也可采用試樣侵蝕面朝上,用干棉球擦凈拋光后試樣周圍遺留的贓物,用滴管將少許酒精滴到試樣表面,再滴侵蝕劑,這時觀察試樣表面顏色的變化,約10~15s后,確認侵蝕程度合適,立即把酒精再滴到試樣表面,然后該試樣侵蝕面朝下,用濾紙把試樣表面的酒精吸干,最后用電吹風吹干。用這種方法也可有效防止鑄鐵試樣表面產生花斑,用4%硝酸酒精侵蝕后的灰鑄鐵如圖3所示。

3 侵蝕的灰鑄鐵

5 結語

隨著科學技術的發展,金相試樣制備技術逐漸趨于半自動化或自動化。但是,在現代金相試樣制備方法還沒有完全普及的情況下,傳統的手工金相試樣制備方法還是不可缺少的,制樣方法也不是一成不變的,要根據各自實驗室的具體條件,特別是對常用的材料,反復試驗,不斷探索,才能收到良好的效果。




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