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铸铁金相试样制备方法

点击次数:2074 发布时间:2012/7/10
 
铸铁金相试样制备方法
转载自燕样样 (2010-07-07 11:4uan5:48)   
      铸铁组织中有大量石墨,其金相试样在制备时常常产生石墨曳尾、污染和脱落等问题,妨碍正确评定组织。在半自动或全自动金相试样制备方法尚未普及情况下,向同行交流一下手工制备铸铁金相试样的经验和技巧也许是必要的。
1 制样常用的设备及材料
     在金相试样制备过程中,粗磨常用质地较好的水砂纸,细磨则采用280号、320号、01~06号金相砂纸;机械抛光用P22型金相试样抛光机,抛光织物多为海军呢,抛光液常用Cr2O3水悬浮液再加少许铬酸溶液,Cr2O3微粉是化学试剂中的分析纯。用这样的配置制备铸铁金相试样,效果较好。
2 试样的磨光
     磨光过程是试样制备最重要的阶段,除使试样表面平整外,主要是使组织损伤层减少到最低程度甚至毫无损伤[1]。对于手工制样来说,首先用砂轮机或粗砂纸磨平试样表面,然后用6~8级的金相砂纸磨光。许多资料介绍,铸铁试样磨制时加润滑剂效果较好,但实践中发现,不加润滑剂磨光时效果也挺好。图1为在金相砂纸上依次干磨到04号砂纸时球墨铸铁试样的状况。磨光时施加的压力大小要合适,在更换下道细砂纸时不必减小压力,因为在合适范围内施加的压力大,磨光速率也大,而对损伤层的影响并不大[2]。但用力不宜过大,时间也不宜过长,以免试样表面氧化产生新的损伤层,给抛光带来困难。经这样磨光的试样,置于显微镜下观察,呈现出一个方向的细磨痕,石墨轮廓清晰,且呈灰色。
 
图1 未抛光的球墨铸铁
      用旧的、失去切削力的金相砂纸磨制试样不利于保护石墨,会使部分石墨脱落。其空腔会由于周围金属变形而变小或由于腐蚀而扩大,腔内被污物填充[4],影响石墨评定的正确性,因此要及时更换砂纸。试样与砂纸每次的接触时间应控制在5~10s。这样,可以随时观察试样表面划痕消除情况,还可缓解操作者手指的疲劳,有利于控制试样的平稳,提高效率[5]。用手工细磨金相试样时,砂纸由粗到细应逐级进行,否则,会使下道砂纸的磨制时间延长,也有可能掩盖前道砂纸留下的粗划痕,增加试样抛光难度。
3 试样的抛光
     抛光是试样制备的最后阶段,目的是去除磨光时留下的磨痕,提高表面的光反射性,改善组织分辨率[1]。
3.1 铸铁试样抛光的特点
      铸铁试样中存在各种形态的石墨。抛光时,既要使基体表面无划痕,又要保证石墨不污染、不脱落、不曳尾,还要正确显露其形状、大小及颜色。否则就会影响显微组织的准确评定,甚至混淆石墨与缺陷。因此,抛光时用力不可太大,时间不可太长,要选择适当的抛光织物[4]。
3.2 抛光织物及抛光液的选择
      为了防止石墨被污染和脱落,要选择合适的抛光织物。长毛织物对石墨不利,无毛织物不能消除基体划痕,采用短毛、纤维柔软的丝绒较为适宜[4]。但是,在长期实践中发现,用海军呢作抛光织物,在约500mLCr2O3水悬浮液中加入3~4滴1%的铬酸溶液作抛光液,进行机械2化学抛光,可使石墨呈现原色、原形,效果较好,如图2所示。
石墨曳尾是抛光过程中试样的自转不够造成的。其特征是大多数石墨沿同一方向“拖尾巴”。因此,抛光时,试样不但要沿抛光盘的半径方向来回移动,还要不断自转,即试样和握持的手指间要有相对运动。这种方法可有效防止石墨曳尾,如图2所示。
图2 抛光的球墨铸铁
3.3抛光液的使用
     试样抛光时,抛光液的滴入量遵循“量少次数多,中心向外扩”的原则[3]。即每次滴入量要少,但要经常滴,把抛光液滴到抛光盘的中心,通过离心力作用使抛光液向周围扩散。织物的湿度以提起试样时试样表面既不能粘有干的抛光微粉和出现黑膜,也不能呈水汪汪为宜。即试样与抛光布接触的时间应当控制在10~20s内,在不断提起试样观察抛光效果的同时,检查抛光布的湿度状态,及时补充抛光液[5]。
3.4 消除试样表面污物
      无论是铸铁还是其它试样,在抛光时,表面往往粘有污物。这种污物清洗时用水及酒精无法擦掉,在显微镜下观察是有规律的黑色小点或亮色小圈。要消除这种缺陷,在抛光后期,往抛光盘中心倒少许清水,靠手感使试样和抛光织物轻轻接触,抛到试样表面干净为止,试样要不断自转。
4 试样的侵蚀
     试样侵蚀过浅或过深、表面不干净,特别是有石墨存在的铸铁试样表面很容易产生花斑,这些都会使显微组织特征不明显,增加显微组织评定困难。一般金相试样的侵蚀步骤为:水冲洗试样—擦酒精—涂侵蚀剂—水冲洗试样—擦酒精—吹干。试样侵蚀时间长短视显微组织的不同来确定。
4.1 一般钢铁试样的侵蚀
     对于铁碳合金平衡组织来说,含碳量依次由低到高,侵蚀时间由长到短(工业纯铁20s左右,而共析钢以上的碳钢,时间在10s左右),试样表面的颜色由银灰色变化到花色(其它热处理的碳钢试样显微组织约10s左右,颜色为深灰色)。具体操作方法:水冲洗试样、擦酒精,然后将试样表面倾斜约45°,用蘸有侵蚀剂的棉球擦拭试样表面,不断观察颜色变化并计录时间长短,确认侵蚀时间已到,立即用流动水冲洗试样,再擦酒精(这道工序是试样表面干净与否的关键),用蘸有酒精的棉球由上至下慢慢擦拭试样表面,稍微用力(主要是挤出棉球中的酒精),一边擦拭,试样表面的酒精一边挥发,当试样表面擦拭完毕,酒精也挥发结束后,先用电吹风的凉风吹干试样表面,再用热风把试样周围吹干,最后置于显微镜下观察组织。
4.2 铸铁金相试样的侵蚀
      对于纯铁素体基体的铸铁,侵蚀时间一般约在20s左右,其它基体的铸铁试样,10~15s即可。值得注意的是,第二次在试样表面擦酒精时,酒精绝对不能留在试样表面,否则,在随后吹干时,铸铁试样表面极易产生花斑。
也可采用试样侵蚀面朝上,用干棉球擦净抛光后试样周围遗留的赃物,用滴管将少许酒精滴到试样表面,再滴侵蚀剂,这时观察试样表面颜色的变化,约10~15s后,确认侵蚀程度合适,立即把酒精再滴到试样表面,然后该试样侵蚀面朝下,用滤纸把试样表面的酒精吸干,最后用电吹风吹干。用这种方法也可有效防止铸铁试样表面产生花斑,用4%硝酸酒精侵蚀后的灰铸铁如图3所示。
图3 侵蚀的灰铸铁
5 结语
     随着科学技术的发展,金相试样制备技术逐渐趋于半自动化或自动化。但是,在现代金相试样制备方法还没有完全普及的情况下,传统的手工金相试样制备方法还是不可缺少的,制样方法也不是一成不变的,要根据各自实验室的具体条件,特别是对常用的材料,反复试验,不断探索,才能收到良好的效果。
 
 

 

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