简述金相试样的制备过程及注意事项

金相分析是通过光学显微镜对研磨、抛光和浸蚀处理后的试样进行观察，可以分析试样的真实显微组织形貌特征，是材料力学性能研究的基础。从一定程度来说，普通钢种金相检验难度并不大，但随着新材料、新技术的应用，检验范围不断增大，试样种类也在不断增加，需从业人员有更多应对措施和技术方法。

一、取样

选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。

1、取样部位及检验面的选择

取样的部位和检验面的选择，应根据检验目的选取有代表性的部位。例如：分析金属的缺陷和破损原因时，应在发生缺陷和破损部位取样，同时也应在完好的部位取样，以便对比；

检测脱碳层、化学热处理的渗层、淬火层、晶粒度等，应取横向截面；研究带状组织及冷塑性变形工件的组织和夹杂物的变形情况时，则应截取纵向截面。

2、试样的截取方法

试样的截取方法可根据金属材料的性能不同而异。对于软材料，可以用锯、车、刨等方法；对于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法；对于硬而脆的材料，如白口铸铁，可以用锤击方法；在大工件上取样，可用氧气切割等方法。

在用砂轮切割或电火花切割时，应采取冷却措施，以减少由于受热而引起的试样组织变化。试样上由于截取而引起的变形层或烧损层必须在后续工序中去掉。

3、试样尺寸和形状

金相试样的大小和形状以便于握持、易于磨制为准，通常采用直径ф15～20mm、高15～20mm的圆柱体或边长15～20mm的立方体。

二、磨制

分粗磨和细磨两步。试样取下后，首先进行粗磨。如是钢铁材料试样可先用砂轮粗磨平，如是很软的材料（如铝、铜等有色金属）可用锉刀锉平。在砂轮上磨制时，应握紧试样，使试样受力均匀，压力不要太大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。

此外，在一般情况下，试样的周界要用砂轮或锉刀磨成圆角，以免在磨光及当抛光时将砂纸和抛光织物划破。但是，对于需要观察表层组织（如渗碳层，脱碳层）的试样，则不能将边缘磨圆，这种试样最好进行镶嵌。

三、抛光

目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。

通常，金相试样制备要经过以下几个步骤：取样、镶嵌(有时可以省略)、磨光(粗磨和细磨)、抛光和腐蚀。

每项操作都必须细心谨慎，严格按操作要求实施，因为任何操作失误都可能影响后续步骤，在极端情况下，还可能造成假组织，从而得出错误的结论。金相试样制备是与制备人员制样经验密切相关的技术，制备人员的水平决定了试样的制备质量。

注意事项：

取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到检验目的，因此，所取试样的大小、部位、磨面方向等应严格按照相应的标准规定执行。

金相试样取样的原则：选择有代表性的金相试样是金相研究的第一步，不重视取样的重要性常常会影响试验结果的成败。

1、截取试样的部位，必须能表征材料或部件的特点及检验的目的。

①对机件破裂的原因进行金相分析时，试样应在部件破裂部位截取。为了得到更多的资料，还需要在离开破裂源较远的部位截取参考试样，进行对照研究。

②对于工艺过程或热处理不同的材料或部件，试样的截取部位也要相应地改变。

③研究分析铸件的金相组织，必须从铸件的表层到中心同时观察。根据各部位组织的差异，从而了解铸件的偏析程度。小机件可直接截取垂直于模壁的横断面，大机件应在垂直于模壁的横断面上，从表层到中心截取几个试样。

④轧制型材或锻件取样应考虑表层有无脱碳、折迭等缺陷，以及非金属夹杂物的鉴定，所以要在横向和纵向上截取试样。

横向试样主要研究表层缺陷及非金属夹杂物的分布，对于很长的型材应在两端分别截取试样，以便比较夹杂物的偏析情况;纵向试样主要研究夹杂物的形状,鉴别夹杂物的类型，观察晶粒粒长的程度，估计逆性形变过程中冷变形的程度。

⑤经过各种热处理的零件，显微组织是比较均匀的，因而只在任一截面上截取试样即可，同时要考虑到表层情况，如脱碳、渗碳、表面镀膜、氧化等。

2、确定试样的金相磨面：研究结果或试验报告上的金相照片应说明取样的部位和磨面的方向。

①横截面主要研究内容：a．试样外层边缘到中心部位金相显微组织的变化。b．表层缺陷的检验，如、氧化、脱碳、过烧、折迭等。c．表面处理结果观察，如表面镀膜、表面淬火、化学热处理等。d．非金属夹杂物在截面上的分布情况。e．晶粒度的测定。

②纵截面主要研究内容：a．非金属夹杂物的数量、形状、大小，夹杂物的情况与取样部位关系非常大，因而必须注意取样部位能代表整块材料。b．测定晶粒拉长的程度，了解材料冷变形的程度。c．鉴定钢的带状组织以及热处理消除带状组织的效果。

3、金相试样截取截面方法：试样的截取必须采用合适的方法，避免因切割加工不当而引起显微组织的变化。

引起组织变化的可能性有两方面必须注意：

①逆性变形使金相组织发生变化。如低碳钢、有色金属中晶粒受力压缩拉长或扭曲，多晶锌晶粒内部形变挛晶的出现，奥氏体类钢晶粒内部滑移线的增加等都是容易发生的毛病。

②材料因受热引起的金相组织变化．如淬火马氏体组织，往往因磨削热影响，使马氏体回火．产生回火马氏体。③根据材料的硬度不同，采用不同方法截取试样。

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