低碳钢试样金属相组织的观察

2019-07-29秦再明吴鹏浩

中国金属通报 2019年4期

曹彪，李杰，秦再明，吴鹏浩

（河北大学质量技术监督学院，河北保定 071000）

1 实验原理

低碳钢金属的内部结构由各种“相”组成，其中“相”的分布和形态可以客观地反映金属的结构。用于显微镜下分析和研究的样品称为金属样品。为了便于观察，表面对光滑度有很高的要求，因为如果样品表面是粗糙的，会漫射入射光，所以无法用显微镜观察到内部结构。通常可以采用抛光等方法。但是，由于样品表面存在一些物质，如晶界等，必须使用适当的浸蚀剂进行浸蚀，以使样品表面能够选择性地溶解这些物质，从而显示出较小的凹凸的物质，便于用显微镜观察。

研究金属内部结构缺陷的最重要方式之一便是显微分析方法，它是通过利用金相显微镜来对金相样品进行观察来探究金属的内部缺陷。它可以从各个不同的方面对金属的结构特征进行观察。金属内部结构的分析是对低碳钢性能的进一步度量，例如淬火等，有助于提高低碳钢的优良性能，扩大低碳钢的应用范围。

2 实验方案

本实验样品材料为Q235。尺寸15-25毫米，高度12-15毫米。如图1所示。表1为Q235钢的化学成分。所用的实验设备为金相显微镜；抛光机；电吹风机；不同型号的金相砂纸；4%硝酸酒精浸蚀剂；酒精；夹子；药棉等。

表1 Q235钢的化学成分

图1 实验样品

图2 金相显微镜

为了更清楚地观察低碳钢的金相组织，必须仔细制备金属样品。显微样品的制备方法很多，包括取样、粗加工（压扁）、抛光、抛光和蚀刻。金属试样的选择应基于研究目的。例如，经过热处理后，由于结构均匀，零件可以自由选择。为了研究零件等损坏的原因，有必要对损坏的零件进行取样。在研究铸造合金时，由于铸件的结构不均匀，需要从铸件的表面和中心等典型零件中取样。

对于轧制材料，为了研究缺陷和金属夹杂的分布，必须在垂直轧制方向上取样。然而当研究材料变形和晶粒长度，那么就应该使采样与轧制方向平行。采样应确保样品的观察表面的内部组织不会改变[2]。对于软质材料取样可以通过锯切，车削和刨削来完成；可以通过水冷砂轮或电火花线来对硬质材料进行切割；易碎和坚硬的材料可以通过锤击取样。大部件则可以通过氧气等切割。然而，应该注意的是，当通过电、气焊接进行切割时，应该注意冷却，以避免组织过热导致结构的变化。

磨光过程先粗后精。粗磨可以用锉刀或40-60目砂轮进行。同时，样品通常用水冷却，以改变温度升高引起的结构。精磨准备用于抛光过程。细磨是手工进行的。手拿样品，在金相砂纸上磨平。研磨完成后，需要用水清洗后再抛光。

抛光的目的是为了去除精细的研磨而留下的细小的磨痕，进而以获得明亮的镜面。抛光借用机械抛光，在抛光膏或抛光粉与水的混合物的帮助下，在研磨和轧制的作用下将样品加工成光滑的表面。抛光样品必须用蚀刻剂“蚀刻”。

在浸蚀过程中，由于晶粒与晶界的溶解速率不同，晶界处的晶粒容易被蚀刻成凹槽，在金相显微镜下呈现黑色，可见多边形固溶晶粒。当浸蚀试样时，试样表面用棉花沾浸蚀剂剂擦拭，浸蚀后用酒精洗涤并用鼓风机热风干燥后进行显微组织观察。