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(xué) 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北 保定 071000）

1 實(shí)驗(yàn)原理

低碳鋼金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由各種“相”組成，其中“相”的分布和形態(tài)可以客觀地反映金屬的結(jié)構(gòu)。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(duì)光滑度有很高的要求，因?yàn)槿绻麡悠繁砻媸谴植诘?，?huì)漫射入射光，所以無(wú)法用顯微鏡觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通?？梢圆捎脪伖獾确椒ā５?，由于樣品表面存在一些物質(zhì)，如晶界等，必須使用適當(dāng)?shù)慕g劑進(jìn)行浸蝕，以使樣品表面能夠選擇性地溶解這些物質(zhì)，從而顯示出較小的凹凸的物質(zhì)，便于用顯微鏡觀察。

研究金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的最重要方式之一便是顯微分析方法，它是通過(guò)利用金相顯微鏡來(lái)對(duì)金相樣品進(jìn)行觀察來(lái)探究金屬的內(nèi)部缺陷。它可以從各個(gè)不同的方面對(duì)金屬的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀察。金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析是對(duì)低碳鋼性能的進(jìn)一步度量，例如淬火等，有助于提高低碳鋼的優(yōu)良性能，擴(kuò)大低碳鋼的應(yīng)用范圍。

2 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)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(xué)成分。所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為金相顯微鏡；拋光機(jī)；電吹風(fēng)機(jī)；不同型號(hào)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(xué)成分

圖1 實(shí)驗(yàn)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(xì)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(yīng)基于研究目的。例如，經(jīng)過(guò)熱處理后，由于結(jié)構(gòu)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(duì)損壞的零件進(jìn)行取樣。在研究鑄造合金時(shí)，由于鑄件的結(jié)構(gòu)不均勻，需要從鑄件的表面和中心等典型零件中取樣。

對(duì)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(dāng)研究材料變形和晶粒長(zhǎng)度，那么就應(yīng)該使采樣與軋制方向平行。采樣應(yīng)確保樣品的觀察表面的內(nèi)部組織不會(huì)改變[2]。對(duì)于軟質(zhì)材料取樣可以通過(guò)鋸切，車削和刨削來(lái)完成；可以通過(guò)水冷砂輪或電火花線來(lái)對(duì)硬質(zhì)材料進(jìn)行切割；易碎和堅(jiān)硬的材料可以通過(guò)錘擊取樣。大部件則可以通過(guò)氧氣等切割。然而，應(yīng)該注意的是，當(dāng)通過(guò)電、氣焊接進(jìn)行切割時(shí)，應(yīng)該注意冷卻，以避免組織過(guò)熱導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化。

磨光過(guò)程先粗后精。粗磨可以用銼刀或40-60目砂輪進(jìn)行。同時(shí)，樣品通常用水冷卻，以改變溫度升高引起的結(jié)構(gòu)。精磨準(zhǔn)備用于拋光過(guò)程。細(xì)磨是手工進(jìn)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(xì)的研磨而留下的細(xì)小的磨痕，進(jìn)而以獲得明亮的鏡面。拋光借用機(jī)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(guò)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(xiàn)黑色，可見(jiàn)多邊形固溶晶粒。當(dāng)浸蝕試樣時(shí)，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(fēng)機(jī)熱風(fēng)干燥后進(jìn)行顯微組織觀察。

圖3 金相顯微鏡觀察結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

低碳鋼經(jīng)淬火后可以獲得較高的綜合性能，其機(jī)械性能的優(yōu)良與否，與其是否具有板條狀位錯(cuò)的馬氏體組織有著密切的關(guān)系，非馬氏體組織的類型和數(shù)量等往往會(huì)影響低碳鋼的機(jī)械性能[3]。

所以運(yùn)用金相顯微分析法來(lái)對(duì)低碳鋼的性能進(jìn)行分析和判別是至關(guān)重要。金相顯微鏡觀察后的結(jié)果如圖所示。