材料的微觀結(jié)構(gòu)反映了它的基本性能，而大多數(shù)熱處理的目標(biāo)都是使這些性能達(dá)到特定的要求。

　　金相試樣的制備水平直接影響著質(zhì)量控制的速度和精度——不僅對(duì)微觀結(jié)構(gòu)分析，而且對(duì)硬化層深度測(cè)量這樣的特殊檢測(cè)也是如此。

　　金相試樣的制備過(guò)程總的來(lái)說(shuō)并不復(fù)雜。

　　經(jīng)過(guò)以圖1所示為例的一系列步驟后，研磨拋光的試樣應(yīng)當(dāng)能夠滿足下列要求：

　　•通過(guò)蝕刻和成像觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)

　　•進(jìn)行測(cè)量

　　•進(jìn)行硬度測(cè)試

　　圖1. 金相試樣制備和分析的典型步驟

　　不過(guò)，實(shí)際中經(jīng)常遇到這樣的情況：執(zhí)行這些步驟的人員沒(méi)有經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)，或者采用的方法是幾十年前的舊方法，而且對(duì)操作的檢查不夠嚴(yán)格。

　　其實(shí)，我們往往能夠做到更快和更高質(zhì)量地制備試樣，而且成本也能更低。

　　制備操作不當(dāng)既有直接的也有間接的后果(表1)，操作檢查的重要性顯而易見。

　　潛在的改進(jìn)幅度可能令人難以置信，而技術(shù)也在進(jìn)步。即使是小幅改進(jìn)，只要長(zhǎng)期堅(jiān)持也能帶來(lái)很大不同。

　　本文的目的在于討論金相試樣制備的一些重要方面，使讀者在他們自己的操作中有機(jī)會(huì)作出改進(jìn)。

　　制備的要求

　　在對(duì)硬度較高的材料進(jìn)行切樣或用力研磨時(shí)，產(chǎn)生的熱量可能會(huì)改變微觀結(jié)構(gòu)或影響硬度結(jié)果。

　　由于這些指標(biāo)對(duì)質(zhì)量控制非常重要，所以，在后續(xù)步驟中一定要去除任何這類影響。

　　每個(gè)步驟都必須去除上一步產(chǎn)生的影響，直至最后殘留的影響小到不足以對(duì)分析結(jié)果造成干擾。

　　切片

　　我們發(fā)現(xiàn)，試樣制備中的問(wèn)題有很大一部分是由切片方法引起的。在大多數(shù)情況下，切片都使用配有砂輪片的金相切割機(jī)(圖2)。

　　圖2. AB250型金相切割機(jī)

　　這種設(shè)備之所以被廣泛使用，是因?yàn)槠渌椒?比如帶鋸)會(huì)對(duì)樣品造成嚴(yán)重?fù)p壞，并因此而顯著延長(zhǎng)制備時(shí)間。

　　鋸片的選擇比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橹圃焐掏ǔ?huì)提供查找表，讓您能夠根據(jù)材料的類型和硬度而選擇合適的砂輪片。對(duì)于較硬的材料，需要使用磨損速度較快的鋸片(軟砂輪)。磨損較快時(shí)新的磨料會(huì)更快地露出，從而使鋸片保持“鋒利”。

　　人們?nèi)菀桩a(chǎn)生的誤解是，應(yīng)當(dāng)使用磨損較慢的鋸片(硬砂輪)以節(jié)約成本。

　　但是，這樣做往往會(huì)降低切樣速度，或者需要使用更大的切割負(fù)荷，其后果是切割表面產(chǎn)生更嚴(yán)重的損壞。

　　在大多數(shù)情況下，最好的作法都是根據(jù)您的需要選擇合適的鋸片，而在需要延長(zhǎng)鋸片壽命時(shí)則簡(jiǎn)單地采用慢速切割。這樣能夠保證在質(zhì)量、速度和成本之間達(dá)到最佳平衡。

　　在切割過(guò)程中，試樣的任何移動(dòng)都會(huì)造成問(wèn)題，比如樣品表面不平整，嚴(yán)重時(shí)鋸片甚至?xí)嗔选?/p>

　　建議在切割時(shí)確保樣品可靠固定，而在切縫兩側(cè)都支承樣品能夠大幅度減少毛刺的產(chǎn)生。

　　另外，應(yīng)當(dāng)在切縫附近均勻地施加冷卻，以保證熱量和切屑都能被有效地去除。對(duì)切割機(jī)和冷卻液定期進(jìn)行保養(yǎng)，能夠顯著提高切割質(zhì)量。

　　鑲樣

　　金相試樣開始制備前的鑲樣有兩個(gè)目的：保護(hù)試樣和使試樣容易夾持。并非在所有情況下都需要鑲樣，半自動(dòng)設(shè)備通常使用夾具就能制備未經(jīng)鑲嵌的樣品。

　　不過(guò)，在大多數(shù)情況下都最好鑲樣，尤其是在需要對(duì)試樣的邊緣部位進(jìn)行分析時(shí)。

　　金相試樣制備前的鑲樣主要采用兩種方法。

　　1. 澆注鑲嵌：將樣品放入鑲樣模，再將兩種或更多種液體和粉末組分均勻混合而成的鑲嵌料倒在樣品上。根據(jù)所用樹脂類型的不同，需要固化5分鐘到8小時(shí)不等。

　　2. 熱壓鑲嵌：將樣品放入鑲嵌機(jī)，裝好鑲嵌粉，蓋上頂蓋后啟動(dòng)機(jī)器。根據(jù)樣品的大小，固化需要7 – 12分鐘。

　　使用熱壓鑲嵌機(jī)(圖3)能夠獲得最好的鑲樣效果，它們采用了高壓和高溫來(lái)完成鑲樣。

　　圖3. SimpliMet 4000型熱壓鑲嵌機(jī)每次操作能夠同時(shí)鑲嵌兩個(gè)樣品，使效率提高一倍。

　　鑲嵌機(jī)價(jià)格昂貴，這通常是其應(yīng)用的最大障礙。

　　不過(guò)，熱壓鑲嵌用鑲嵌料要比澆注鑲嵌使用的冷鑲嵌料便宜，所以，長(zhǎng)期使用的經(jīng)濟(jì)性往往能夠補(bǔ)償它們的購(gòu)置成本(圖4)。

　　圖4. 熱壓鑲嵌和澆注鑲嵌投資回報(bào)率的對(duì)比。以每天制樣10個(gè)或以上計(jì)算，不到一年即可收回?zé)釅鸿偳稒C(jī)的投資。

　　在分析涂層或表面層(比如滲氮層和滲碳層)和檢查脫碳等潛在問(wèn)題時(shí)，保邊型鑲嵌料的使用至關(guān)重要。在這類應(yīng)用中通常選擇礦物填充環(huán)氧鑲嵌料(比如EpoMet)。

　　試樣的制備

　　使用半自動(dòng)研磨拋光機(jī)能夠提高試樣制備的精確性和重現(xiàn)性。

　　為了使試樣盡可能平整，建議使用平面研磨金剛石磨盤(DGD)和無(wú)絨研磨布。

　　中央施力式研磨(試樣在整個(gè)過(guò)程中被固定在一個(gè)支架上)有助于保證研磨均勻和最大限度提高平整度。

　　另外，還必須盡量縮短在軟布上拋光的時(shí)間，否則容易使邊緣變成弧形。

　　因此，最終的拋光步驟一定要小心操作，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。如果最后的表面光潔度不夠高，則應(yīng)從前面的步驟開始重復(fù)操作，而不能只是延長(zhǎng)拋光時(shí)間。

　　對(duì)于典型熱處理材料的試樣制備，建議采用表2所述步驟。

　　在普通的半自動(dòng)研磨機(jī)上，采用這些方法可以每次同時(shí)制備6個(gè)甚至更多試樣。與您目前采用的方法比較一下，您看到提高效率的潛力了嗎?

　　以前的許多制備方法都需要用到不同目數(shù)的碳化硅(SiC)砂紙。

　　人工制備對(duì)于每次一個(gè)樣品來(lái)說(shuō)速度較快，但成本很可能較高，而且不同操作者之間的差異可能造成很大的質(zhì)量問(wèn)題和很高的返工率。

　　在某些情況下，從使用碳化硅砂紙的人工制樣方法改成半自動(dòng)方法，制樣耗材的成本能夠降低一半之多。

　　優(yōu)化金相試樣的制備不僅對(duì)包括拋光在內(nèi)的前面幾步有好處，也為蝕刻和分析帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)，包括：

　　•提高硬度測(cè)試結(jié)果的精確性

　　•提高自動(dòng)硬度測(cè)試的成功率

　　•改善蝕刻效果，更好地分析微觀結(jié)構(gòu)

　　•加快弱蝕刻劑的蝕刻速度，提高效率。這樣不僅能夠縮短蝕刻時(shí)間，提高結(jié)構(gòu)分析的可靠性，還能夠降低操作者面臨的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　結(jié)論

　　有時(shí)，最簡(jiǎn)單的觀察也是最有效的方法。因此，金相試樣制備在許多質(zhì)量控制工作中都是一個(gè)關(guān)鍵的步驟。就像制造流程中的任何其他環(huán)節(jié)一樣，優(yōu)化這一步的操作對(duì)質(zhì)量分析和控制非常重要。

　　正確地使用制樣設(shè)備和方法，不僅能夠提高效率和降低成本，還能保證分析結(jié)果的重現(xiàn)性和可靠性。

　　熱處理企業(yè)只有這樣才能在面向快速發(fā)展的汽車制造等行業(yè)提供服務(wù)時(shí)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和獲得成功。