低碳鋼試樣金屬相組織的觀察

曹 彪，李 杰，秦再明，吳鵬浩

（河北大學 質量技術監督學院，河北 保定 071000）

1 實驗原理

低碳鋼金屬的內部結構由各種“相”組成，其中“相”的分布和形態可以客觀地反映金屬的結構。用于顯微鏡下分析和研究的樣品稱為金屬樣品。為了便于觀察，表面對光滑度有很高的要求，因為如果樣品表面是粗糙的，會漫射入射光，所以無法用顯微鏡觀察到內部結構。通常可以采用拋光等方法。但是，由于樣品表面存在一些物質，如晶界等，必須使用適當的浸蝕劑進行浸蝕，以使樣品表面能夠選擇性地溶解這些物質，從而顯示出較小的凹凸的物質，便于用顯微鏡觀察。

研究金屬內部結構缺陷的最重要方式之一便是顯微分析方法，它是通過利用金相顯微鏡來對金相樣品進行觀察來探究金屬的內部缺陷。它可以從各個不同的方面對金屬的結構特征進行觀察。金屬內部結構的分析是對低碳鋼性能的進一步度量，例如淬火等，有助于提高低碳鋼的優良性能，擴大低碳鋼的應用范圍。

2 實驗方案

本實驗樣品材料為Q235。尺寸15-25毫米，高度12-15毫米。如圖1所示。表1為Q235鋼的化學成分。所用的實驗設備為金相顯微鏡；拋光機；電吹風機；不同型號的金相砂紙；4%硝酸酒精浸蝕劑；酒精；夾子；藥棉等。

表1 Q235鋼的化學成分

圖1 實驗樣品

圖2 金相顯微鏡

為了更清楚地觀察低碳鋼的金相組織，必須仔細制備金屬樣品。顯微樣品的制備方法很多，包括取樣、粗加工（壓扁）、拋光、拋光和蝕刻。金屬試樣的選擇應基于研究目的。例如，經過熱處理后，由于結構均勻，零件可以自由選擇。為了研究零件等損壞的原因，有必要對損壞的零件進行取樣。在研究鑄造合金時，由于鑄件的結構不均勻，需要從鑄件的表面和中心等典型零件中取樣。

對于軋制材料，為了研究缺陷和金屬夾雜的分布，必須在垂直軋制方向上取樣。然而當研究材料變形和晶粒長度，那么就應該使采樣與軋制方向平行。采樣應確保樣品的觀察表面的內部組織不會改變[2]。對于軟質材料取樣可以通過鋸切，車削和刨削來完成；可以通過水冷砂輪或電火花線來對硬質材料進行切割；易碎和堅硬的材料可以通過錘擊取樣。大部件則可以通過氧氣等切割。然而，應該注意的是，當通過電、氣焊接進行切割時，應該注意冷卻，以避免組織過熱導致結構的變化。

磨光過程先粗后精。粗磨可以用銼刀或40-60目砂輪進行。同時，樣品通常用水冷卻，以改變溫度升高引起的結構。精磨準備用于拋光過程。細磨是手工進行的。手拿樣品，在金相砂紙上磨平。研磨完成后，需要用水清洗后再拋光。

拋光的目的是為了去除精細的研磨而留下的細小的磨痕，進而以獲得明亮的鏡面。拋光借用機械拋光，在拋光膏或拋光粉與水的混合物的幫助下，在研磨和軋制的作用下將樣品加工成光滑的表面。拋光樣品必須用蝕刻劑“蝕刻”。

在浸蝕過程中，由于晶粒與晶界的溶解速率不同，晶界處的晶粒容易被蝕刻成凹槽，在金相顯微鏡下呈現黑色，可見多邊形固溶晶粒。當浸蝕試樣時，試樣表面用棉花沾浸蝕劑劑擦拭，浸蝕后用酒精洗滌并用鼓風機熱風干燥后進行顯微組織觀察。

圖3 金相顯微鏡觀察結果

3 實驗結論

低碳鋼經淬火后可以獲得較高的綜合性能，其機械性能的優良與否，與其是否具有板條狀位錯的馬氏體組織有著密切的關系，非馬氏體組織的類型和數量等往往會影響低碳鋼的機械性能[3]。

所以運用金相顯微分析法來對低碳鋼的性能進行分析和判別是至關重要。金相顯微鏡觀察后的結果如圖所示。