工業純鐵金相試樣的制備方法

孫亦蕙

(山西工程職業學院，山西 太原 030009)

0 引言

通過對材料的金相組織進行觀察與研究，可了解金屬材料的機械性能[1-2]，也可判斷金屬材料的冶煉缺陷，因此，金相檢驗是金屬材料檢測和研究的基礎，金相試樣的制備技術對金相檢驗尤其重要，是金相檢驗及材料類相關專業學生必須掌握的實驗技能[3]。因材料的材質、冶煉工藝不同，金相試樣的制備方法也不同[4]，本文作者通過對金相練習試樣的大量制備，總結了工業純鐵金相試樣制備的方法。

1 工業純鐵金相試樣制備方法

工業純鐵是含碳量小于0.02%的鐵碳合金，質地較軟，工業純鐵的退火組織主要是鐵素體，而鐵素體的硬度只有80HB左右，所以在拋光過程中稍有不慎就容易出現缺陷或者劃痕，影響樣品的腐蝕以及最后組織的觀察，基于此，工業純鐵的金相試樣制備需要通過不斷練習來掌握制樣技巧。純鐵金相練習樣制備步驟如圖1所示[5]。

圖1 純鐵金相試樣制備的步驟

1.1 倒角(機磨)

倒角可以采用預磨機進行。首先檢查預磨機是否為正常使用狀態，然后檢查預磨機的轉速和轉動方向(一般為逆時針轉動),接著裝好砂紙，經過試驗，選擇180#碳化硅砂紙進行工業純鐵練習樣的倒角。打開預磨機，使試樣的縱軸線與砂紙轉臺呈45°角傾斜，放在距圓盤中心半徑2/3位置處進行倒角。注意壓力不要過大，以免倒角不均勻和樣品飛出。同時，要打開水龍頭，調節合適的水流，以免造成樣品局部過熱，產生變形層或改變組織結構。在這個過程中，不停地轉動手中的樣品，就可以實現(0.5～1)mm×45°的樣品邊緣倒角。

1.2 磨制

將試樣的磨制面朝下，施加一定的壓力后將試樣緊貼砂紙進行推磨；然后將試樣提起并返回到起始位置，再進行第二次磨制。這個過程是個很精細的過程,按照由粗到細的順序依次更換砂紙，每更換一張砂紙，試樣旋轉90°，使上道次的磨痕與本道次的磨痕方向垂直。每次磨制以磨面平整、磨痕方向一致且覆蓋上道次磨痕為止。

1.3 拋光

在拋光布上均勻涂抹適量拋光膏，使拋光膏嵌入拋光布，量不宜過多，不要造成不合理的資源浪費。拋光膏涂抹完成后手拿噴壺噴適量的水，使拋光布處于浸潤的狀態。開啟拋光機，以適當壓力將試樣拋光面均勻壓附在拋光布表面。拋光時試樣所受摩擦力隨施加壓力增大而變大，所需握持力也應隨之增大，因此開始拋光時應注意用力握持試樣樣品，而不要施加過大壓力，避免試樣脫手飛出。

拋光時注意拋光膏的涂抹要少量多次；用力要適度，工業純鐵相對軟，用力無需太大；加水要適量，加水過多摩擦力會減小，拋光效率反而降低，當然也不能太干；在磨得差不多要去觀察前，將試樣輕輕在拋光機上旋轉，并直接將大量水加到試樣與拋光布的接觸面上，以清洗掉小黑點。

1.4 腐蝕

腐蝕時可采用浸入法、擦拭法或滴拭法。浸入法是將試樣拋光面向下浸入盛有浸蝕劑的培養皿中，不斷擺動；擦拭法是用竹夾夾持吸滿浸蝕劑的脫脂棉球或手持棉棒擦拭拋光面(拋光面應適當傾斜)；滴拭法是用滴管吸取適量的浸蝕劑，滴在拋光面，同時樣品拋光面應適當傾斜并不斷轉動，使得浸蝕均勻。

腐蝕過程中應注意觀察試樣拋光面變化，待其呈淺灰白或灰色后即可終止浸蝕。隨后立即用無水酒精脫水，最后用吹風機斜向吹干試樣表面。

1.5 觀察

使用金相顯微鏡觀察制備樣品的組織結構，檢驗制樣效果，工業純鐵標準組織如圖2所示。

圖2 工業純鐵標準組織100×

首先檢查金相顯微鏡電源連接、目鏡和物鏡配置、粗調微調旋鈕、光欄、載物臺移動等，之后開啟電源。調節物鏡轉化器，使放大倍數為100倍，將待觀察的試樣放置于載物臺上，調節顯微鏡粗調手輪緩慢調節物鏡與載物臺的距離，調節過程必須緩慢，避免物鏡直接撞擊接觸到試樣，直到目鏡中出現影像，再調節微調手輪，直至影像清晰；通過載物臺調節旋鈕，觀察試樣其他區域的組織形貌并分析。轉換放大倍數，重復上述操作，觀察500倍下組織結構。

2 工業純鐵試樣制備常見問題及對策

工業純鐵試樣制備的常見問題如圖3所示。

圖3(a)組織結構中劃痕較多，分析其原因主要是精磨過程有些急于求成，每張砂紙磨的不夠，沒能把上一張砂紙磨出的痕跡完全磨掉。所以要在每張砂紙上磨夠時間，追求精益求精。

圖3(b)、圖3(c)組織中有明顯的變形層，主要是粗砂紙打磨不夠，金相練習樣切割等留下來的變形層沒有完全去除而導致的結果。建議在粗砂紙上劃痕方向一致后，換90°輕磨，使劃痕方向重新一致，再換下一道砂紙。

圖3(d)組織中晶界不連續，應該是由于腐蝕時間短或者是腐蝕液(硝酸酒精溶液)濃度低于4%，導致晶界沒有顯示出來，建議延長腐蝕時間或加大腐蝕液的濃度。

圖3(e)組織的晶界是雙重的，應該是腐蝕液濃度較高或者是腐蝕時間較長引起的，建議通過訓練掌握精確的腐蝕時間。

圖3(f)組織中有水漬產生，可以通過采用將拋光好的試樣用清水沖洗過后再迅速滴加無水乙醇的方法解決，注意試樣觀察面應相對地面呈垂直或傾斜；再用濾紙迅速滑過試樣觀察面，吸收大部分酒精，并用吹風機側吹試樣觀察面。

圖3 工業純鐵金相試樣常見問題

3 結論

在工業純鐵金相試樣的制備過程中，因鐵素體組織強度、硬度均很低，質地軟，在手工制樣的過程中，需要把握制樣的磨制力度，力度不合適會導致組織中存在變形層、劃痕等問題。在拋光過程中，也要注意拋光按壓力度和時間，否則會引起拋光劃痕、麻點等問題，影響金相組織的觀察。