二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件

金相試樣的制備過程課程：材料科學基礎學時：2主講：趙丕峰材料科學與工程實驗中心HenanPolytechnicUniversity金相試樣的制備過程課程：材料科學基礎材料科學與工程實驗中一、實驗目的

1、學習金相試樣的制備過程

2、了解金相顯微組織的顯示方法一、實驗目的

1、學習金相試樣的制備過程

二、概述

為了對金相顯微組織進行鑒別和研究，需要將所分析之金屬材料制備成一定尺寸的試樣，并經磨制、拋光與腐蝕等工序，把金相試樣制備好，最后通過金相顯微鏡來觀察和分析金屬的顯微組織狀態(tài)及分布情況。金相樣品制備的質量好壞，直接影響到組織觀察的結果。如果樣品制備不符合特定的要求，就有可能由于出現(xiàn)假象而產生錯誤的判斷，致使整個分析得不到正確的結論。因此，為了得到合乎理想的金相顯微試樣，需要經過一系列的制備過程。二、概述

為了對金相顯微組織進行鑒別和三、金相試樣的制備方法

金相顯微試樣的制備過程包括有如下工序：取樣、鑲樣、磨制、拋光、浸蝕等。下面就各道工序加以簡要說明：磨制拋光浸蝕鑲嵌取樣三、金相試樣的制備方法

金相顯微試樣的制備過程包括有如下工序1、取樣

取樣是進行金相顯微分析中很重要的一個步驟，顯微試樣的選取應根據(jù)研究的目的，取其具有代表性的部位，例如：在檢驗和分析失效零件的損壞原因時(廢品分析)除了在損壞部位取樣外，還需要在距破壞處較遠的部位截取試樣，以便比較；在研究鑄件組織時，由于偏析現(xiàn)象的存在，必須從表面層到中心同時取樣進行觀察；對于軋制和鍛造材料則應同時截取橫向(垂直于軋制方向)及縱向(平行于軋制方向)的金相試樣，以便于分析比較表層缺陷及非金屬夾雜物的分布情況；對于一般經熱處理后的零件，由于金相組織比較均勻，試樣截取可在任一截面進行。1、取樣

確定好部位后就可把試樣截下，試樣的尺寸通常采用直徑為2～15mm、高度（或邊長）為12～15mm的圓柱體或方形試樣，如圖2-1所示。

試樣的截取方法視材料的性質不同而異；軟的金屬可用手鋸或鋸床切割；對硬而脆的材料(如白口鑄鐵)則可用錘擊打下；對極硬的材料（如淬火鋼）則可采用砂輪切片機或電脈沖加工等切割。但是不論采用哪種方法，在切取過程中均不宜使試樣的溫度過于升高，以免引起金屬組織的變化，影響分析結果。確定好部位后就可把試樣截下，試樣的尺寸通常采用直

2、鑲嵌

對尺寸過于細小的金屬絲、片及管等，用手來磨制，顯然很困難，需要使用試樣夾或利用樣品鑲嵌機把試樣鑲嵌在低熔點合金或塑料(如膠木粉，聚乙烯聚合樹脂等)中，如圖2—2所示。2、鑲嵌

對尺寸過于細小的金屬絲、片及管等，用手來金相試樣的取樣后的主要步驟有：磨制拋光浸蝕觀察砂紙磨拋光劑拋光機浸蝕劑吹風機酒精清洗水清洗水清洗吹干顯微鏡金相試樣的取樣后的主要步驟有：磨制拋光浸蝕觀察砂紙磨拋光劑浸3、磨制試樣的磨制一般分為粗磨與細磨（1）粗磨粗磨的目的是為了獲得一個平整的表面，同時為了去掉截取時有組織變化的部分(如氧-乙炔割取的試樣的熱影響區(qū)部分)。鋼鐵材料試樣的粗磨通常在砂輪機上進行。但在磨制時應注意：試樣對砂輪的壓力不宜過大，否則會在試樣表面形成很深的磨痕，從而增加了細磨和拋光的困難；要隨時用水冷卻試樣，以免受熱的影響而起組織的變化；試樣邊緣的棱如沒有保存的必要，可先行磨圓(倒角)，以免在細磨及拋光時撕破砂紙或拋光布，甚至造成試樣從拋光機上飛出傷人。當試樣表面平整后，粗磨就告完成，然后將試樣用水沖洗擦干。3、磨制（2）細磨經粗磨的試樣表面雖較平整但仍還存在有較深的磨痕，如圖2—3所示。因此，細磨的目的就是消除這些磨痕，以獲得一個更為平整而光滑的磨面，并為下一步拋光作準備。細磨是在一套粗細程度不同的金相砂紙上由粗到細依次序進行的。砂紙?zhí)枖?shù)：200#、400#、600#、800#、1000#粒度粗細：粗→細（2）細磨

究竟選那幾號砂紙，磨到那號為止視鋼料和要求的情況而定。對于一般碳鋼樣品選用從200#至1000#砂紙。究竟選那幾號砂紙，磨到那號為止視鋼料和要求的

細磨可按圖2-4所示的方式進行。將砂紙平鋪在玻璃板上，一手將試樣磨面輕壓在砂紙上，并向前推移進行磨削，直到磨面上僅留有一個方向的均勻的磨痕為止。在磨面上加的壓力應該力求均勻，磨面與砂紙必須完全接觸，這樣才能使整個磨而平均地進行磨削。為了保證磨面平整而不產生曲面，磨削應單方向進行，向前推動時進行磨削，然后將磨片提起拉回，在回程中不與砂紙接觸。在更換細一級砂紙時，須將試樣的磨削方向調轉90°，即與上一道磨痕方向垂直，直到把上一道砂紙所產生的磨痕全部消除為止。此外，在更換砂紙時還應將試樣，玻璃板清理干凈，以防粗砂粒帶到下一道細砂紙上產生粗的深痕。

為了加快磨制速度可采用在轉盤上貼有不同型號砂紙的預磨機實現(xiàn)機械磨光。細磨可按圖2-4所示的方式進行。將砂紙平鋪在二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件

4、拋光細磨后的試樣還需進行最后一道磨制工序--拋光，其目的是去除細磨時遺留下來的細微磨痕，以獲得光亮無疵的鏡面。試樣的拋光一般可分為：機械拋光、電解拋光和化學拋光。下邊介紹一下常用的機械拋光。

機械拋光

試樣的機械拋光是在專用拋光機上進行的。拋光機的主要結構是由電動機和水平拋光盤組成，轉速300～500轉／分鐘。拋光盤上鋪以細帆布、呢絨、絲綢等拋光織物。拋光時在拋光盤上抹拋光膏。原理：機械拋光就是靠極細的拋光膏與磨面間產生的相對磨削和滾壓作用來消除磨痕。操作時將試樣磨而均勻地壓在旋轉的拋光盤上（可先輕后重）：并沿盤邊緣邊到中心不斷作徑向往復移動，拋光完后試樣表面應看不出任何磨痕而呈光亮的鏡面。需要指出的是拋光時間不宜過長，壓力也不可過大，否則將會產生紊亂層而導致組織分析得出錯誤的結論。拋光結束后用水沖洗試樣并用棉花擦干或吹風機吹干，若只需要觀察金屬中的各種夾雜物或鑄鐵中的石墨形狀時,則可將試樣直接置于金相顯微鏡下進行觀察。機械拋光5、浸蝕經拋光后的試樣磨面，如果直接放在顯微鏡下觀察時，所能看到的只是一片光亮，除某些夾雜物或石墨外，無法辨別出各種組織的組成物及其形態(tài)特征。因此，必須使用浸蝕劑對試樣表面進行“浸蝕”，才能清楚地顯示出顯微組織。最常用的金相組織顯示方法是化學浸蝕法。5、浸蝕化學浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑對試樣表面所引起的化學溶解作用或電化學作用（即微電池原理）來顯示金屬的組織。它們的浸蝕方式則取決于組織中組成相的性質和數(shù)量。對于純金屬或單相合金來說浸蝕仍是一個純化學溶解過程，由于金屬及合金的晶界上原子排列混亂，并具有較高的能量，因此晶界處較為容易被浸蝕而呈觀凹溝，如圖2—6（a）所示；同時由于每個晶粒中原子排列的位向不同，所以各自的溶解速度各不一樣，致使被浸蝕的深淺程度也有區(qū)別，在垂直光線的照射下將顯示出明暗不同的晶粒。化學浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑對試樣表面所引起的二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件

1.對于兩相以上的合金組織來說，則浸蝕主要是一個電化學腐蝕過程，由于各組成相的成份不同，各自具有不同的電極電位，當試樣浸入具有電解液作用的浸蝕劑中，就在兩相之間形成無數(shù)對“微電池”，具有負電位的一相成為陽極，被迅速地溶入浸蝕劑中，而使該相形成凹洼，具有正電位的另一相成為陰極，在正常電化學作用下不受浸蝕而保持原有的光滑表面。當光線照射到凹凸不平的試樣表面時，由于各處對光線的反射程度不同，在顯微鏡下就能觀察到各種不同的組織及組成相，如圖2—6（b）所示。1.對于兩相以上的合金組織來說，則浸蝕主要是一個電

2.浸蝕方法通常是將試樣磨面浸入浸蝕劑中，也可用棉花沾上浸蝕劑擦試樣表面，浸置時間要適當，一般使試樣磨面發(fā)暗時就可停止，如果浸蝕不足，可重復浸蝕，浸蝕完畢后立即用清水沖洗，然后用棉花沾上酒精擦試磨面并吹干，至此，金相試樣的制備工作全部結束，即可在顯微鏡下進行組織觀察和分析研究。

3.各種金屬材料常用的浸蝕劑可查手冊2.浸蝕方法通常是將試樣磨面浸入浸蝕劑中，也可用棉花沾上浸

四、實驗方法指導1、實驗所用設備及材料

（1）金相顯微鏡；（2）砂輪機；（3）拋光機；（4）吹風機；（5）試樣；（6）不同型號的砂紙；（7）玻璃板；（8）拋光膏；（9）酒精；（10）4％硝酸酒精溶液；（11）棉簽。2、實驗內容及步驟每名同學領取一塊試樣，按照上述試樣制備過程進行操作，具體步驟：（1）用砂輪打磨，獲得平整磨面；（2）使用金相砂紙按照先粗后細，依順序進行磨制；（3）在拋光機上進行拋光，獲得光亮鏡面；（4）用浸蝕劑浸蝕試樣磨面；（5）顯微鏡觀察。（注）：在操作時必須遵照每一步驟中的要點及注意事項。四、實驗方法指導五、實驗報告要求

（1）實驗目的；（2）簡述金相組織分析原理及金相顯微試樣的制備過程；（3）繪制試樣浸蝕前后的顯微組織；（4）總結實驗中存在的問題。五、實驗報告要求金相試樣的制備過程課程：材料科學基礎學時：2主講：趙丕峰材料科學與工程實驗中心HenanPolytechnicUniversity金相試樣的制備過程課程：材料科學基礎材料科學與工程實驗中一、實驗目的

1、學習金相試樣的制備過程

2、了解金相顯微組織的顯示方法一、實驗目的

1、學習金相試樣的制備過程

二、概述

為了對金相顯微組織進行鑒別和研究，需要將所分析之金屬材料制備成一定尺寸的試樣，并經磨制、拋光與腐蝕等工序，把金相試樣制備好，最后通過金相顯微鏡來觀察和分析金屬的顯微組織狀態(tài)及分布情況。金相樣品制備的質量好壞，直接影響到組織觀察的結果。如果樣品制備不符合特定的要求，就有可能由于出現(xiàn)假象而產生錯誤的判斷，致使整個分析得不到正確的結論。因此，為了得到合乎理想的金相顯微試樣，需要經過一系列的制備過程。二、概述

為了對金相顯微組織進行鑒別和三、金相試樣的制備方法

金相顯微試樣的制備過程包括有如下工序：取樣、鑲樣、磨制、拋光、浸蝕等。下面就各道工序加以簡要說明：磨制拋光浸蝕鑲嵌取樣三、金相試樣的制備方法

金相顯微試樣的制備過程包括有如下工序1、取樣

取樣是進行金相顯微分析中很重要的一個步驟，顯微試樣的選取應根據(jù)研究的目的，取其具有代表性的部位，例如：在檢驗和分析失效零件的損壞原因時(廢品分析)除了在損壞部位取樣外，還需要在距破壞處較遠的部位截取試樣，以便比較；在研究鑄件組織時，由于偏析現(xiàn)象的存在，必須從表面層到中心同時取樣進行觀察；對于軋制和鍛造材料則應同時截取橫向(垂直于軋制方向)及縱向(平行于軋制方向)的金相試樣，以便于分析比較表層缺陷及非金屬夾雜物的分布情況；對于一般經熱處理后的零件，由于金相組織比較均勻，試樣截取可在任一截面進行。1、取樣

確定好部位后就可把試樣截下，試樣的尺寸通常采用直徑為2～15mm、高度（或邊長）為12～15mm的圓柱體或方形試樣，如圖2-1所示。

試樣的截取方法視材料的性質不同而異；軟的金屬可用手鋸或鋸床切割；對硬而脆的材料(如白口鑄鐵)則可用錘擊打下；對極硬的材料（如淬火鋼）則可采用砂輪切片機或電脈沖加工等切割。但是不論采用哪種方法，在切取過程中均不宜使試樣的溫度過于升高，以免引起金屬組織的變化，影響分析結果。確定好部位后就可把試樣截下，試樣的尺寸通常采用直

2、鑲嵌

對尺寸過于細小的金屬絲、片及管等，用手來磨制，顯然很困難，需要使用試樣夾或利用樣品鑲嵌機把試樣鑲嵌在低熔點合金或塑料(如膠木粉，聚乙烯聚合樹脂等)中，如圖2—2所示。2、鑲嵌

對尺寸過于細小的金屬絲、片及管等，用手來金相試樣的取樣后的主要步驟有：磨制拋光浸蝕觀察砂紙磨拋光劑拋光機浸蝕劑吹風機酒精清洗水清洗水清洗吹干顯微鏡金相試樣的取樣后的主要步驟有：磨制拋光浸蝕觀察砂紙磨拋光劑浸3、磨制試樣的磨制一般分為粗磨與細磨（1）粗磨粗磨的目的是為了獲得一個平整的表面，同時為了去掉截取時有組織變化的部分(如氧-乙炔割取的試樣的熱影響區(qū)部分)。鋼鐵材料試樣的粗磨通常在砂輪機上進行。但在磨制時應注意：試樣對砂輪的壓力不宜過大，否則會在試樣表面形成很深的磨痕，從而增加了細磨和拋光的困難；要隨時用水冷卻試樣，以免受熱的影響而起組織的變化；試樣邊緣的棱如沒有保存的必要，可先行磨圓(倒角)，以免在細磨及拋光時撕破砂紙或拋光布，甚至造成試樣從拋光機上飛出傷人。當試樣表面平整后，粗磨就告完成，然后將試樣用水沖洗擦干。3、磨制（2）細磨經粗磨的試樣表面雖較平整但仍還存在有較深的磨痕，如圖2—3所示。因此，細磨的目的就是消除這些磨痕，以獲得一個更為平整而光滑的磨面，并為下一步拋光作準備。細磨是在一套粗細程度不同的金相砂紙上由粗到細依次序進行的。砂紙?zhí)枖?shù)：200#、400#、600#、800#、1000#粒度粗細：粗→細（2）細磨

究竟選那幾號砂紙，磨到那號為止視鋼料和要求的情況而定。對于一般碳鋼樣品選用從200#至1000#砂紙。究竟選那幾號砂紙，磨到那號為止視鋼料和要求的

細磨可按圖2-4所示的方式進行。將砂紙平鋪在玻璃板上，一手將試樣磨面輕壓在砂紙上，并向前推移進行磨削，直到磨面上僅留有一個方向的均勻的磨痕為止。在磨面上加的壓力應該力求均勻，磨面與砂紙必須完全接觸，這樣才能使整個磨而平均地進行磨削。為了保證磨面平整而不產生曲面，磨削應單方向進行，向前推動時進行磨削，然后將磨片提起拉回，在回程中不與砂紙接觸。在更換細一級砂紙時，須將試樣的磨削方向調轉90°，即與上一道磨痕方向垂直，直到把上一道砂紙所產生的磨痕全部消除為止。此外，在更換砂紙時還應將試樣，玻璃板清理干凈，以防粗砂粒帶到下一道細砂紙上產生粗的深痕。

為了加快磨制速度可采用在轉盤上貼有不同型號砂紙的預磨機實現(xiàn)機械磨光。細磨可按圖2-4所示的方式進行。將砂紙平鋪在二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件

4、拋光細磨后的試樣還需進行最后一道磨制工序--拋光，其目的是去除細磨時遺留下來的細微磨痕，以獲得光亮無疵的鏡面。試樣的拋光一般可分為：機械拋光、電解拋光和化學拋光。下邊介紹一下常用的機械拋光。

機械拋光

試樣的機械拋光是在專用拋光機上進行的。拋光機的主要結構是由電動機和水平拋光盤組成，轉速300～500轉／分鐘。拋光盤上鋪以細帆布、呢絨、絲綢等拋光織物。拋光時在拋光盤上抹拋光膏。原理：機械拋光就是靠極細的拋光膏與磨面間產生的相對磨削和滾壓作用來消除磨痕。操作時將試樣磨而均勻地壓在旋轉的拋光盤上（可先輕后重）：并沿盤邊緣邊到中心不斷作徑向往復移動，拋光完后試樣表面應看不出任何磨痕而呈光亮的鏡面。需要指出的是拋光時間不宜過長，壓力也不可過大，否則將會產生紊亂層而導致組織分析得出錯誤的結論。拋光結束后用水沖洗試樣并用棉花擦干或吹風機吹干，若只需要觀察金屬中的各種夾雜物或鑄鐵中的石墨形狀時,則可將試樣直接置于金相顯微鏡下進行觀察。機械拋光5、浸蝕經拋光后的試樣磨面，如果直接放在顯微鏡下觀察時，所能看到的只是一片光亮，除某些夾雜物或石墨外，無法辨別出各種組織的組成物及其形態(tài)特征。因此，必須使用浸蝕劑對試樣表面進行“浸蝕”，才能清楚地顯示出顯微組織。最常用的金相組織顯示方法是化學浸蝕法。5、浸蝕化學浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑對試樣表面所引起的化學溶解作用或電化學作用（即微電池原理）來顯示金屬的組織。它們的浸蝕方式則取決于組織中組成相的性質和數(shù)量。對于純金屬或單相合金來說浸蝕仍是一個純化學溶解過程，由于金屬及合金的晶界上原子排列混亂，并具有較高的能量，因此晶界處較為容易被浸蝕而呈觀凹溝，如圖2—6（a）所示；同時由于每個晶粒中原子排列的位向不同，所以各自的溶解速度各不一樣，致使被浸蝕的深淺程度也有區(qū)別，在垂直光線的照射下將顯示出明暗不同的晶粒?；瘜W浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑對試樣表面所引起的二金相顯微試樣的制備材料科學與工程學院教學中心課件

1.對于兩相以上的合金組織來說，則浸蝕主要是一個電化學腐蝕過程，由于各組成相的成份不同，各自具有不同的電極電位，當試樣浸入具有電解液作用的浸蝕劑中，就在兩相之間形成無數(shù)對“微電池”，具有負電位的一相成為陽