钢铁材料金相样品研磨过程中的缺陷分析与控制

------缺陷，是根源（内在、隐性）；假象，是表象、现象（外在、显性）

 

 

 

https://www.docin.com/p-1249137814.html  钢铁材料金相样品研磨过程中的缺陷分析与控制  作者：马孝娟

https://wenku.baidu.com/view/3d72a5bb10661ed9ad51f3ef.html  马孝娟. 钢铁材料金相样品研磨过程中的缺陷分析与控制[J]. 新疆钢铁，2014（3）:20-23.

钢铁材料金相样品研磨过程中的缺陷分析与控制

马孝娟（宝钢集团 八钢公司 制造管理部）

摘要：钢铁材料金相样品制备需经过一系列的研磨过程,获得镜面状的表面以备金相检验用。分析了在研磨过程中由于操作不当产生各种缺陷的原因。阐述了为消除这些缺陷在磨制、抛光过程应遵循的一般性原则。

关键词：金相样品制备；研磨；操作不当；缺陷；

新疆钢铁Xinjiang Iron and Steel 2014年03期

Analysis and Control of Defects in Metallographic Sample of Steel and Iron Materials in Grinding and Polishing Process

Ma Xiao-juan

Manufacturing Management Department，Bayi Iron & Steel Co.，Baosteel Group

Abstract：Metallographic sample preparation of steel and iron materials needs a series of grinding and polishing process in order to obstain mirror test surface for. Reasons on production of defects because of improper handling in grinding and polishing process was analyzed. The grinding and polishing process should follow general principles described for eliminating defects.

Keyword：metallographic sample preparation； grinding and polishing； improper handling； defects；

1 金相制样的意义

金相分析是研究金属材料内在质量的一种常用的检验方法，金相分析在长期的实践过程中建立了系统的标准和规定，是钢铁材料分析的一种重要方法。金相样品的制备是金相分析检验的一个重要环节，若在金相样品制备过程中操作不当产生缺陷，将得出错误的结论。

2 金相样品制备方法

金相样品制备主要步骤：取样、镶嵌、标识、磨光、抛光、浸蚀。其中的磨光、抛光过程是进行一系列的研磨工作，获得光亮的镜面状磨制面，以备金相检验用。金相样品研磨过程包括粗磨、细磨和抛光依次进行[1]。

粗磨:目的是消除取样过程中产生的变形层并获得一个平整的表面。一般在砂轮上磨制。在砂轮上磨制时，应握紧样品，压力不宜过大并随时用水冷却，以防受热引起组织变化。

细磨:目的为消除粗磨时留下的较深的磨痕，以得到平整光滑的磨面。粗磨好的样品用水冲洗擦干后，随即在由粗到细的各号金相砂纸上依次磨制。

抛光:目的是去除细磨时留下的细磨痕及表面变形层，以获得光滑的镜面。抛光过程中要将样品握紧执平，样品与抛光织物接触的压力适当，靠抛光微粉的磨削和滚压作用，把金相试样抛成光滑镜面[2]。

3 金相样品研磨过程中产生的缺陷及处理

金相样品在研磨过程中，若操作不当会产生缺陷。

3.1 划痕

划痕是由上到工序带到下道工序。磨制过程中使用的砂纸上的磨粒残留在样品表面，由于残留磨粒颗粒比下道工序磨粒大，划过样品表面留下的比本工序深的直线形凹槽，在显微镜下观察样品表面磨痕呈一个方向。

磨制和抛光过程均会产生划痕缺陷，为避免此缺陷，在磨制过程中，每更换一次砂纸均应将样品和手冲洗干净，以免将磨粒带到下道工序。

如果抛光后观察到已有划痕的，如图1所示的粗划痕，是在磨制过程中产生的，抛光后无法消除，必须重新磨制、抛光。细划痕只需将抛光布洗干净，重新抛光即可。

图1 抛光后裂纹旁有明显粗划痕100×

 

3.2 变形层

变形层在机械磨抛过程中是不可避免的，磨制过程中接触压力过大、砂纸粒度过大、砂纸过新过旧、抛光过程中抛光盘湿度太大、压力过大都会增加变形的程度[3]。图2为冷轧IF钢组织，组织为铁素体，可观察到有部分晶粒表面不光滑，有一些小黑点分布在这些晶粒中，这就是变形层造成的假象。

为把变形层的影响降低到最小，研磨过程中要控制接触压力的大小，压力不宜过大，选用合适粒度的砂纸，抛光盘湿度不宜太大，并且不要长时间制样。

图2 冷轧IF钢组织100×

 

3.3 开裂

图3 表面Ni-P镀样品制备过程中发生了开裂100×

 

有薄层组织的样品在制样过程中发生的表面层与基体分开的现象称为开裂。如图3所示为35Cr Mo表面Ni-P镀样品晶相组织，在样品制备过程中基体与镀层发生了开裂，对于此类样品取样时采取线切割技术，镶嵌时用冷镶嵌工艺，粗磨时不要使用大的压力。

3.4 脱落

在研磨有析出物的样品时，由于析出物与基体不同的塑性变形能力，如果制样过程中研磨时间长，磨制用力不当等造成析出物从样品表面脱出留下的孔洞称为脱落。图4所示为氧化铝类夹杂物，部分大颗粒的夹杂物在制样过程中脱落后留下了孔洞。

为避免夹杂物脱落，磨制时不要使用过大的压力和粗大的研磨颗粒，应使用无绒毛抛光布，这种布不会将颗粒从基体上拽下来。每道工序都必须去掉上道工序造成的损伤，并尽可能地减小本道工序造成的损伤。每道工序后都检查样品，找出何时发生脱落。一旦出现脱落就必须重新进行磨制。在制样过程中手持样品要平稳，不要用力过大或制样时间过长。

图4 有部分夹杂物脱落样品100×

 

3.5 拖尾

拖尾常发生在有孔洞样品孔洞周围。在抛光时，抛光布太干，表面不湿润，试样在原地移动不够，使磨料塞集在孔洞处，到一定程度后被甩出，在试样表面留下痕迹，产生拖尾。图5所示可见孔洞处有拖尾现象。为避免拖尾缺陷的产生制样时保持抛光布湿润，试样要不停地移动，避免长时间的抛光。

图5 样品表面缺陷制备后出现拖尾100×

 

3.6 磨粒嵌入

对于有裂纹、孔洞的样品进行金相分析时，裂纹、孔洞处有磨制过程的砂粒嵌入到缝隙处（见图6），由于在金相显微镜下观察嵌入的砂粒形态与钢中非金属夹杂物无法区分，会给缺陷分析造成误判。对于有裂纹、孔洞的样品，控制制样的力度，每道工序后要冲洗样品，如果发现裂纹、孔洞内有单个颗粒状、颗粒尺寸较小并与基体分离的夹杂物应当借助于扫描电镜的能谱进行分析以确定是钢中夹杂物还是制样时带入的。

图6 样品检验面上缝隙内的磨粒嵌入500×

 

3.7 边部磨圆

制样过程中有时会同时研磨样品的表面和侧面，这种效应称为边缘磨圆。如图7所示，为了观察边部裂纹，制样过程中对边部有过度磨制、抛光造成了边部倒角，由于边部和内部的相对高差造成图像严重的发虚。磨制过程中要保护好需检验的边缘，不要因检验样品边缘而对样品边缘过度磨制产生倒角，抛光时试样需要保护的一边朝后，不需保护的一边在前，迎着抛光盘转动的方向进行抛光，抛光时尽可能接近盘心位置，抛光时间不宜过长。

图7 样品边部磨圆后产生的虚像500×

 

3.8 污染

在制备有裂纹、孔洞等缺陷的样品时，制样过程用到的水、酒精或腐蚀剂等污物会从样品裂缝处浸入到裂缝深处，样品制备完成吹干后，使用倒置式金相显微镜观察，由于检测面向下放置，浸入缝隙深处的液体污物渗出污染检验面（见图8）。这种试样重新轻抛即可去除，如果检查抛光态试样，用酒精淋后进行吹风时，用酒精棉花在试样面上轻轻擦洗即可。为了避免出现污染，各道制样工序后尤其是最后一道工序后要立即清洗并干燥样品。

图8 样品缝隙处有液体污物渗出污染样品表面100×

 

3.9 麻点

在抛光时，抛光布太湿润，试样抛光时间过长，局部形成微电池，加深局部的腐蚀引起的小凹坑，在样品抛光面上可以看到密布的小麻点（见图9）。出现这种小麻点的试样，必须用细砂纸重新磨制，将麻点去净，再进行抛光。为了防止出现小麻点还应避免腐蚀过深的试样直接抛光，试样反复腐蚀、抛光。

图9 样品表面抛光后密布的小麻坑100×

 

3.1 0 浮雕

检验面上不同相的硬度不同，研磨过程中受到的剥离程度不同，使试样内较硬的相出现浮雕[2]，制样过程中抛光布过湿、制样时间长又会增加出现表面浮雕的程度。如图10所示为20钢热处理后，组织为低碳马氏体，晶界处有半网状分布的铁素体和少量屈氏体，由于马氏体与屈氏体硬度比铁素体要大得多[4]，各部分的剥离程度不同。从图10中可以观察到，由于表面浮雕现象，样品表面在显微镜下的相对高差造成的不同景深使图像部分不清晰。为减小浮雕的作用，抛光布抛光期间应保持一定的湿度，并且控制制样时间，避免制样时间过长。如果出现了浮雕现象必须要重新制样。

图1 0 20钢热处理后组织500×

 

4 金相样品研磨应当遵循的基本原则

金相样品在研磨过程中，由于操作不当而产生诸多缺陷，因此在研磨时应遵循以下原则:

（1）首次制备一种材料的样品，在研磨的每一道工序后都必须在显微镜下检查样品，上道工序的磨痕全部消除，仅有一个方向均匀的新磨痕时本道工序完成，在下道工序试样转动90度，这样两道工序间磨痕呈90度角，便于观察。

（2）磨制时不可用力过大，加在试样上的力要均匀，使整个磨面都能磨到，压力过大会产生较深的划痕，并加重变形层，压力过小效率低，应在实践中具体把握。

（3）每次更换砂纸时，必须将试样清理干净，以防将粗砂粒带到细砂纸上

（4）抛光布在使用前进行清理，抛光过程中抛光布不宜过湿或者过干，抛光时不可用力过大。

（5）制样时间越短越好。制样超过必要的时间，既浪费耗材又容易造成或加重边部磨圆、表面浮雕等缺陷。

5 结语

金相样品的制备是金相检验的重要一环，金相样品制备的好坏直接影响金相检验的结果，因此在制样过程中要不怕麻烦反复试验，不断积累经验，能够判断哪些是真实的组织，哪些是制样过程产生缺陷造成的假象，能够初步判定假象产生在制样的哪一过程中，是否需要重新制样或者是采取补救措施即可减轻或消除，要善于归纳总结，将样品制备的技巧不断提高，以获得正确的金相检验结果。

 

参考文献

[1]  GB/T 13298-21金属显微组织检验方法[S]

[2] 国家机械工业委员会统编.金相检验技术基础[M].机械工业出版社.1988:142~143

[3] 贺红梅.金相样品制备过程中变形层的成因分析及分析[J].理化检验-物理分册，2002，38（10）:458~459

[4] 崔忠圻.金属学与热处理[M].机械工业出版社.1996:256.