ASTM E3-01 金相试样制备标准指南

11. 研磨和抛光

基本说明

11.1 多数金属和合金可以使用相同的研磨和抛光步骤制备。硬合金要求比软合金施加更大的压力。主要的区别在最终抛光。某些金属和合金要求指定的砂轮和镶嵌材料组合，但绝大多数可以按同样的步骤处理。粗磨、细磨和抛光用物品及使用说明可从实验室仓库得到。

11.2 研磨——研磨有许多方法，从在固定的砂纸上手工磨试样到使用自动装置均可。方法的选择取决于试样的数量和类型，经济性以及磨平和统一性的要求。

11.2.1 本标准中提及砂纸粗细的编号按照ANSI （美国国家标准协会）和CAMI （涂层磨料制造商协会）及其相应的系统单位FEPA（欧洲磨料生产商联合会）编制的数字代码为准。表4 提供了这两个体系之间的相互关系以及以微米为单位的颗粒的近似直径。

表4 欧洲/美国砂粒等级对照表

11.2.2 研磨应从能磨平试样并消除前道操作（比如切割）影响的最细的砂纸，磨盘或磨石开始。接下来的步骤应能在短时间内消除前一步骤的影响。研磨分为两个阶段，磨平（粗磨） 和细磨。

11.2.3 磨平或粗磨[240#（P220）及更粗]在皮带，旋转的轮盘或磨石上完成。有些方法中， 金刚石磨料被用于刚性台板上做粗磨。磨平目的实现以下几点：

11.2.3.1 磨平不规则的或损坏的切面，

11.2.3.2 去除切割损伤，氧化及镶嵌前其他的表面问题，

11.2.3.3 去除大量的试样材料，获得一个理想的抛光平面，

11.2.3.4 磨平镶嵌表面。

11.2.4 精磨应去除磨平或粗磨步骤引起的试样损伤。试样要么接连在细砂纸上（用水冲走研磨碎渣，同时起冷却液作用）要么在刚性盘或含有适宜磨料的布上磨光。

11.2.5 所有研磨工序完成后，应彻底清洁试样。最好在含有腐蚀抑制剂的水/肥皂溶液中超声波清洗。

11.3 抛光——抛光和研磨的区别在于使用分散磨料（粒度≤6μm）嵌入一个适当润滑的支撑面。磨料、润滑剂和抛光织物往往根据金属和检验项目来选择。抛光可分为粗抛和细抛(终抛)阶段。

11.3.1 粗抛光往往足以达到做显微硬度和晶粒尺寸等常规检验的要求，

11.3.2 当需要精抛光时，需要借助金刚石或氧化物悬浮液或两者同时使用。精抛光磨料的种类和粒度完全是由试样的硬度决定的。例如，1μm 的金刚石对于各种钢精抛光都适用，但是，软钢和有色金属材料往往需要一个额外的氧化物颗粒悬浮液或SiO2 或Al2O3 悬浮液的抛光步骤。精抛光布一般较粗抛光布更软且绒毛更高。因此，抛光时间和用力应保持在最低限度，以避免人为造成如边角倒圆和浮凸。

11.3.3 制样各步骤间的仔细清洗是强制性的，以防粗磨料带到下一道。最好用超声波清洗。

11.3.4 抛光操作可手工或自动（首选）的方法进行。

手工（手持）方法

11.4 手工磨光时，试样应在砂纸上来回移动使试样均匀磨损。每换一次砂纸，试样应旋转45 ~90 °。每道砂纸磨完，试样及其镶嵌粉（如果有的话）表面应平整而且新磨痕均匀一致。

11.5 手工抛光方法包括在含有磨料的转盘上用手把持住试样并使试样沿转盘旋转反方向的圆周路径上移动。试样需与轮盘紧密接触。

11.6 试样在磨和抛的移动过程中施加力的大小随个人习惯和经验而定。在制备热喷涂或复合材料等难以制备的材料时，操作参数应严格控制。

11.7 惯用的手工制样流程包括一系列研磨和抛光的步骤，与表5 中所列的类似。

表5 制样方法1（惯用）

自动化方法

11.8 自动制样设备有多种型号。大多数都能够执行研磨和抛光操作。许多辅助夹具可同时容纳多个试样。自动研磨和抛光的主要优点是制样质量一致进而节省时间。因此，与手工制样相比更建议使用自动化制样。

11.9 多数自动化磨抛设备使试样围绕覆盖有磨料的旋转轮盘来回移动，走外摆线路径移动。在一些设备上，试样也绕自身轴线旋转。由此产生的划痕图案是由方向随机的弧线构成，这样判断上一道的划痕何时已经清除比单向（手工）磨光更困难。进行下一步骤前试样表面应显示均匀的划痕。各步骤之间要求清洁彻底，防止将磨料带到下一步，影响下一步的表面质量。

11.10 表5 介绍了一种惯用的自动制样方法。这种方法使用常用的SiC 砂纸磨光，适合除超硬材料外的所有的材料。表6 和7 列出了使用刚性磨盘和精磨布的制备方法。表6 中所列是制备硬度超过HRC45 的材料的有效方法。表7 中的方法可用于制备硬度小于HRC45 的材料。这些步骤对制备超出建议硬度范围的材料也可能会产生很好的效果。

表6 制样方法2 针对硬度≥45HRC（450HV）较硬材料

表7 制样方法3 针对硬度≤45HRC（450HV）较软材料

12. 特殊程序

      12.1 有时金相制样人员面临着要制备不熟悉的试样或特殊情况。不可能预测每种可能的情况，但可以提供一些指导。

12.1.1 如果使用得当，电解抛光可以制出近乎无变形的表面，尤其对合金固溶体最好。一旦设置好操作参数，可以迅速制备好试样。见规范E 1558 。

12.1.2 振动抛光对许多材料有非常好的效果。尽管慢，但可同时制备许多试样。对软材料抛光特别有优势。

12.2 多孔试样——有连续的或不闭合孔的试样可以通过环氧树脂真空浸渍（见9.5）。有封闭孔洞的试样经适宜的方法镶嵌，通过精磨步骤磨光，清洗干净，彻底干燥。然后用环氧树脂（与通常浇注镶嵌用的材料相同）擦拭表面密封孔洞。硬化后，重复最后的精磨步骤去除多余的材料，继续进行常规试样的制备工作。根据试样本身的性质来选择浸渍用的环氧树脂。树脂在试样的周围应是化学惰性的。

12.3 复合材料——复合材料尤其是硬的纤维在软的基体中或金属线在软的绝缘材料中，特别难制备。最好的办法是先封堵或充满孔和洞。然后使用丰富的润滑剂小心的磨光。磨光表面应保持平滑和坚固。抛光阶段，基材不能被拉毛且相当坚硬。建议使用金刚石磨料。两种手段都能减少较硬组分的倒圆。有时，允许少量人为缺陷如划痕或边缘倒圆。

12.4 带涂层的材料

12.4.1 带涂层的金属，如镀锌钢板，电镀金属，搪瓷制品等等，可以被视为复合材料。它们的制样都存在的特有的问题，如剥落，破碎，倒圆。例如，有些涂层太薄仅靠简单的横截面制样无法观察金相（如镀锡铁皮）。其他如软涂层在硬的基体上（镀锌钢板）或硬脆的涂层在软质基材上（如铝基体搪瓷涂层）也无法按照简单制样方法解决。

12.4.1.1 薄涂层的问题可以借助锥形座解决。在此方法中，使抛光面和试样表面成小角度镶嵌。例如，将一个锥形塞子尖端朝上施压插入镶嵌料。一个简单的锥形座便制成了。遮蔽胶带缠绕在锥形座的周围，在锥形尾部形成一个小井。混合少量环氧树脂。将这个试样切成适合放在小井内的大小，将试样用环氧树脂润湿放置于锥形台表面上，有涂层的一面向上。使用探针将试样紧紧压在锥形面上。添加环氧化合物维持平衡被并使之硬化。锥形试样以惯用方法在有环氧树脂面进行研磨和抛光，操作时注意保证抛光平面垂直于试样的圆柱轴线。多数自动研磨机很容易做到这一点。

12.4.1.2 软涂层的问题可以靠引入一个合适的支撑物来解决。可借助一片弹簧钢把持支撑物放在合适位置，或将支撑物和试样直接粘接在一起。粘结剂可以作为绝缘材料以减少电化学作用。注意：有些粘结剂会溶解于环氧树脂镶嵌粉。另一块同样的材料是尤为合适的支撑物， 这样涂层便夹在中间。另一个解决办法是添加另外的涂层，比如电镀。不过，这可能会在腐蚀的过程中引起不希望出现的电化学作用。电化学作用也可因涂层与基体的相互作用引起。镶嵌方法应使镶嵌料与涂层表面有良好的附着力，以减少边角倒圆。如果边缘倒圆仍然存在，抛光时间和用力宜减小。

12.4.1.3 软基体上的硬涂层可与一个支撑物一起镶嵌，或镶嵌时用填充了硬质材料的镶嵌料。使用金刚石磨料和无绒抛光布可减少抛光过程中的表面浮凸。

12.5 易碎试样应用浇注镶嵌制剂镶嵌。真空浸渗可确保孔洞和空腔被填充（见9.5）。薄壁件可借助化学镀镍增加强度来缓解倒圆的问题。

12.6 同样地，易碎的试样可以用树脂浸渍或化学镀镍的方法结合在一起，或两者同时使用。更多的指导可以在矿物试样制备资料上找到。

13.精密度和偏差

    13.1 由于本规范的使用不会产生定量的影响，允许没有精度或偏差声明。

14.关键词