胡闖開， 黃志偉， 李志輝

（長春師范大學， 吉林 長春 130032）

材料是由微觀結構組成的，不同的微觀結構是材料經(jīng)過不同處理工藝所表現(xiàn)的不同微觀結構，從而影響材料的宏觀性能。通過對材料的金相組織研究，可探索材料的微觀結構。在探索材料的微觀結構過程中光學金相檢驗占著重要的地位，是材料檢測和研究的基礎。金相試樣的制備是金相研究的重要部分，其主要包括磨制，拋光，侵蝕等工序，而且是獲取清晰照片和正確結論的重要環(huán)節(jié)，掌握一定的金相制備技巧，可使金相制備時間短，效率高，產(chǎn)生假象的可能性降低，其金屬試樣的顯微組織形貌質量好。

20 號鋼屬于優(yōu)質低碳鋼，其強度低，具有較好的韌性、塑性和焊接性能，故在制造汽車、拖拉機及一般機械制造業(yè)中等領域中得到了廣泛應用，并且是實驗室金相制備的典型金屬材料。金相顯微組織的觀察是研究材料內部組織的重要方法之一，試樣制備的目的是為了展示材料的真實顯微組織并使其得以準確觀察、鑒定、記錄和測量[1]。

1 制備試樣的設備及材料

在金相試樣制備過程中，手工磨制常采用質地較好的水砂紙， 型號為180 號、400 號、800 號、1000號、1200 號、2000 號金相砂紙，機械拋光用P-2 型金相試樣拋光機，常用金剛石拋光膏，侵蝕液用4%的硝酸酒精溶液，20 號鋼。

2 試樣的制備

2.1 磨制

試樣磨制是金相制備的重要環(huán)節(jié)，磨制分粗磨和細磨為兩個部分，粗磨其目的是去除車痕，粗磨完成后試樣表面應形成小圓弧，防止試樣在后面磨制或者拋光的過程中造成砂紙或拋光布的損壞。

細磨是使試樣表面的平整消除粗磨留下的劃痕，其主要是為了試樣表面組織損傷降低最低或者毫無損傷并為拋光做準備。首先細磨在磨制過程中要用力均勻，壓力適中，避免試樣表面組織局部受熱產(chǎn)生假象。試樣在砂紙上的留下磨痕要顏色一致，磨面的大小相同，不要有斜線的磨痕出現(xiàn)，只有這樣才能保持試樣表面的平整而不產(chǎn)生弧形。砂紙的更換順序應該由粗到細逐級進行，每更換一道砂紙試樣就應該旋轉90°，使舊磨痕和新磨痕垂直，以便觀察舊磨痕是否磨掉，新磨痕均勻一致時為止[2]即結束本到砂紙的磨制。同時還應該及時擦拭磨面、桌面和手上殘留的沙粒和鐵屑，防止造成后面砂紙的污染。不能有敲擊臺面的聲音，防止砂粒和磨屑嵌入試樣造成劃痕。磨制時試樣與砂紙接觸時間不宜過長，一般時間控制在10 s 左右，這樣可以隨時觀察試樣劃痕和緩解手指疲勞，有利于試樣的平穩(wěn)，還可以提高試樣制備的效率和避免試樣表面氧化造成試樣組織損傷。當最后一道砂紙磨制結束后磨面具有良好的反光效果，細小的劃痕均勻排布時，即可結束整個磨制過程。

2.2 拋光

拋光的目的是去除砂紙在試樣磨制后留下的細小形變和劃痕，達到磨面的平整無瑕，并提高試樣的反光效果[3]。在拋光前用清水將手和試樣沖洗干凈，防止磨屑和沙粒落到拋光布上，而造成劃痕。先將拋光布潤濕，在拋光盤中心涂上綠豆大小的拋光膏。在拋光的過程中要用力均勻且拋面與拋光盤平行，拋光布濕度要適中，試樣在拋光中后期要不停的移動，用來使試樣表面保持清潔。根據(jù)拋光布濕度的大小在拋光盤外圍以2～4 s 每滴的速度緩慢滴加冷水，防止拋光膏被沖走和試樣局部發(fā)熱造成試樣的假象。拋光的時間要適中，拋光時間過短不能除掉細磨的劃痕，拋光時間過長造成組織缺陷。拋光后可在500 倍顯微鏡觀看試樣表面無劃痕和假象即可結束拋光。一般在拋光前期為提高效率，可以增大壓力，在后期壓力減輕要用清水沖洗。

2.3 侵蝕

試樣侵蝕的目的是使金相顯微組織顯示出來。侵蝕方法用“擦拭法”與“浸入法”，擦拭法利用棉球蘸取硝酸酒精溶液，將試樣傾斜45°來侵蝕，浸入法利用夾子夾取試樣，將試樣表面完全浸入侵蝕溶液中（切勿試樣表面觸碰容器壁或容器底部）侵蝕。一般金相侵蝕的步驟為：清水沖洗試樣—擦酒精—侵蝕—水沖洗試樣—擦酒精—吹干[4]。根據(jù)侵蝕要求來控制時間的長短，侵蝕后試樣磨面由亮變成灰白色即可。經(jīng)吹干的試樣放置在顯微鏡下可以觀察到?jīng)]有假象，組織清晰，無劃痕的正確顯微組織結構。

3 試樣的常見的缺陷及應對措施

3.1 試樣正確的顯微組織結構

20 號鋼在拋光腐蝕完畢后可直接在金相顯微鏡下觀察顯微組織，此時觀察的圖像如圖1 所示，白色為鐵素體，黑色為珠光體，珠光體約占面積20%左右。20 號鋼強度、硬度低，塑性及韌性高，冷變形性和焊接性好，可加工性能差，淬透性和淬硬性低，無回火脆性。—般在供應態(tài)或正火后使用，也可通過淬火、回火改善力學性能和可加工性能[5]。

圖1 正確的金相顯微組織（x500）

圖2 有劃痕的顯微組織（x500）

3.2 試樣磨制時所造成缺陷

試樣在機械磨制時由于有冷卻水的沖刷不太容易產(chǎn)生劃痕，而手工磨制由于沒有冷卻水的原因，會在試樣表面上留下劃痕，如圖2 所示。劃痕一般可分為粗劃痕，中劃痕，細劃痕。粗劃痕：一般是粗砂紙留下的，也可能是在細磨和拋光時掉進的粗砂粒而劃傷組織，粗劃痕在拋光時使無法去除的，必須經(jīng)過細磨才可以。中劃痕與細劃痕：一般實在細磨和拋光時間不夠而留下的，仔細拋光和延長拋光時間即可去除。

試樣在磨制過程中由于用力不均勻而使試樣表面不平整，如圖3 所示，造成試樣組織的四周發(fā)虛，只有中間部分能過看到正確的顯微組織。這樣的假象只需試樣在磨制時統(tǒng)一方向且力度均勻推進，返程時試樣提離砂紙。隨砂紙型號變大力度應逐漸減輕，方向與上道磨痕成垂直磨制直至被完全覆蓋。如出現(xiàn)多個面，可針對凸起的面加深力度磨制，同時注意觀察，比較容易恢復成一個平面。

圖3 圖像發(fā)虛的顯微組織（x500）

圖4 有污點的顯微組織（x500）

3.3 試樣拋光時時所造成缺陷

試樣的拋光是制樣制備的一個重要環(huán)節(jié)，許多的假象都是由此產(chǎn)生的，比如樣品的夾雜物和孔洞，曳尾等等[6]。如果拋光不好就會造成試樣在顯微鏡的觀察下呈現(xiàn)有規(guī)律，比較密集的黑色小點或亮色小圈或是有規(guī)律的稀疏的黑色大米?；驒E球狀，如圖4 所示，這是由于試樣在拋光時，其表面粘有污物，這種污物在拋光機的高速旋轉下粘在試樣表面，無法用水或酒精清洗干凈。應對措施：可在拋光的后期，在拋光盤中心倒少許清水，試樣輕輕接觸拋光布，拋到試樣表面干凈為止。

3.4 試樣腐蝕時時所造成缺陷

樣品的腐蝕是襯度深淺的問題，只有合適的腐蝕工藝，才能腐蝕出完美的顯微組織結構。

如圖5 所示，是由于樣品在腐蝕時，腐蝕過度所造成的，侵蝕的時間過長，使試樣的晶界處過深。適當控制腐蝕時間，腐蝕液要現(xiàn)配先用。

圖5 侵蝕過度的顯微組織（x500）

4 結語

金相試樣的制備是材料內部研究的重要環(huán)節(jié)，金相試樣制備的好壞直接影響到金相檢測和鑒定的好壞。因此在試樣制備的過程中要不斷探索，反復實驗，要善于歸納與總結。在試樣觀察的過程中，能夠正確判斷出假象和真實的組織結構，能夠采取具體的措施對假象進行修正，使制備出來的試樣組織正確，無假象。