取樣是鋁合金金相試樣制備的第一道工序,若取樣不當(dāng),則達(dá)不到檢驗?zāi)康?,因此,所取試樣的部位、?shù)量、磨面方向等應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。
金相試樣制備是金相研究非常重要的一部分,它包括試樣的截取、試樣的鑲嵌、試樣的磨光、試樣的拋光、金相顯微組織的顯示。下面分別討論: (一) 金相試樣的截?。? 金相試樣截取的原則:選擇有代表性的金相試樣是金相研究的第一步,不重視取樣的重要性常常會影響試驗結(jié)果的成敗。 1.截取試樣的部位,必須能表征材料或部件的特點及檢驗的目的。①對機件破裂的原因進(jìn)行金相分析時,試樣應(yīng)在部件破裂部位截取。為了得到更多的資料,還需要在離開破裂源較遠(yuǎn)的部位截取參考試樣,進(jìn)行對照研究。②對于工藝過程或熱處理不同的材料或部件,試樣的截取部位也要相應(yīng)地改變。③研究分析鑄件的金相組織,必須從鑄件的表層到中心同時觀察.根據(jù)各部位組織的差異,從而了解鑄件的偏析程度。小機件可直接截取垂直于模壁的橫斷面,大機件應(yīng)在垂直于模壁的橫斷面上,從表層到中心截取幾個試樣。④軋制型材或鍛件取樣應(yīng)考慮表層有無脫碳、折迭等缺陷,以及非金屬夾雜物的鑒定,所以要在橫向和縱向上截取試樣。橫向試樣主要研究表層缺陷及非金屬夾雜物的分布,對于很長的型材應(yīng)在兩端分別截取試樣,以便比較夾雜物的偏析情況;縱向試樣主要研究夾雜物的形狀,鑒別夾雜物的類型,觀察晶粒粒長的程度,估計逆性形變過程中冷變形的程度。⑤經(jīng)過各種熱處理的零件,顯微組織是比較均勻的,因而只在任一截面上截取試樣即可,同時要考慮到表層情況,如脫碳、滲碳、表面鍍膜、氧化等。 2.確定試樣的金相磨面:研究結(jié)果或試驗報告上的金相照片應(yīng)說明取樣的部位和磨面的方向。① 橫截面主要研究內(nèi)容:a.試樣外層邊緣到中心部位金相顯微組織的變化。b.表層缺陷的檢驗,如、氧化、脫碳、過燒、折迭等。c.表面處理結(jié)果觀察,如表面鍍膜、表面淬火、化學(xué)熱處理等。d.非金屬夾雜物在截面上的分布情況。e.晶粒度的測定。② 縱截面主要研究內(nèi)容:a.非金屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小,夾雜物的情況與取樣部位關(guān)系非常大,因而必須注意取樣部位能代表整塊材料。b.測定晶粒拉長的程度,了解材料冷變形的程度。c.鑒定鋼的帶狀組織以及熱處理消除帶狀組織的效果。 3.金相試樣截取截面方法:試樣的截取必須采用合適的方法,避免因切割加工不當(dāng)而引起顯微組織的變化。引起組織變化的可能性有兩方面必須注意:①逆性變形使金相組織發(fā)生變化。如低碳鋼、有色金屬中晶粒受力壓縮拉長或扭曲,多晶鋅晶粒內(nèi)部形變攣晶的出現(xiàn),奧氏體類鋼晶粒內(nèi)部滑移線的增加等都是容易發(fā)生的毛病。尤其某些低熔點金屬{錫、鋅等),由于它們的再結(jié)晶溫度低于室溫,如果試樣發(fā)生逆性變化,將同時伴隨有再結(jié)晶過程,使原來的組織、晶粒大小發(fā)生根本改變。②材料因受熱引起的金相組織變化.如淬火馬氏體組織,往往因磨削熱影響,使馬氏體回火.產(chǎn)生回火馬氏體。③根據(jù)材料的硬度不同,采用不同方法截取試樣。a.對軟性的材料可用手鋸或鋸床等截取。b.極硬的合金材料,如淬火鋼及硬質(zhì)合金等,可用砂輪片,金相試樣切割機截取。c.硬脆合金一般用錘擊,挑選合適的碎塊,然后鑲嵌成規(guī)整的試樣。d.斜面截取法對表層金相組織的分析研究是一種有效的方法,在很多情況下表層厚度極薄,在一般試樣截面上是一條極細(xì)的線條,無法觀察到清晰的組織。但采用斜面截切法可擴大觀察范圍,如表面鍍層、拜爾培層的研究。 (二) 金相試樣的鑲嵌適用于對不是整形、不易于拿的微小金相試樣進(jìn)行熱固性塑料壓制,如線材、細(xì)小管材、薄板、錘擊碎塊等。在磨光時不易握持,用鑲嵌方法鑲成標(biāo)準(zhǔn)大小的試塊,然后進(jìn)行切割、拋光等。常用的鑲嵌法有低熔點合金鑲嵌法、塑料鑲嵌法。
(一)取樣部位和磨面方向的選擇
取樣部位必須與檢驗?zāi)康暮鸵笙嘁恢?,使所切取的試樣具有代表性。必要時應(yīng)在檢驗報告單中繪圖說明取樣部位、數(shù)量和磨面方向。例如,檢驗裂紋產(chǎn)生的原因時,應(yīng)在裂紋部位取樣,而旦還應(yīng)在遠(yuǎn)離裂紋處取樣,以資比較,檢驗鑄件時;應(yīng)在垂直于模壁的橫斷面上取樣,對于大型鑄件,還應(yīng)從表面至中心的橫斷面上取3~5個試樣,磨制橫斷面,由表面到中心逐個進(jìn)行觀察、比較。
圖1-1表示軋制型材鋁合金金相試樣的切取方位,一般縱斷面(圖1-1中的1、2、4、5)主要用于(1)檢驗非金屬夾雜物的數(shù)量、大小和形狀;(2)檢驗晶粒的變形程度,(3)檢驗鋼材的帶狀組織,以及通過熱處理對帶狀組織的消除程度。橫斷面(圖1-1中的3)主要用于:(1)·檢驗從表面到中心的鋁合金金相組織變化情況,(2)檢驗表層各種缺陷,如氧化,脫碳,過燒、折疊等,(3)檢驗表面熱處理結(jié)果, 如表面淬火的淬硬層, 化學(xué)熱處理的滲碳層,氮化層,碳氮共滲層以及表面鍍鉻,鍍銅層等:(4)檢驗非金屬夾雜物在整個斷面上的分布,(5)測定晶粒度等。
取樣是鋁合金金相試樣制備的第一道工序,若取樣不當(dāng),則達(dá)不到檢驗?zāi)康?,因此,所取試樣的部位、?shù)量、磨面方向等應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。
(一)取樣部位和磨面方向的選擇
取樣部位必須與檢驗?zāi)康暮鸵笙嘁恢拢顾腥〉脑嚇泳哂写硇?。必要時應(yīng)在檢驗報告單中繪圖說明取樣部位、數(shù)量和磨面方向。例如,檢驗裂紋產(chǎn)生的原因時,應(yīng)在裂紋部位取樣,而旦還應(yīng)在遠(yuǎn)離裂紋處取樣,以資比較,檢驗鑄件時;應(yīng)在垂直于模壁的橫斷面上取樣,對于大型鑄件,還應(yīng)從表面至中心的橫斷面上取3~5個試樣,磨制橫斷面,由表面到中心逐個進(jìn)行觀察、比較。
圖1-1表示軋制型材鋁合金金相試樣的切取方位,一般縱斷面(圖1-1中的1、2、4、5)主要用于(1)檢驗非金屬夾雜物的數(shù)量、大小和形狀;(2)檢驗晶粒的變形程度,(3)檢驗鋼材的帶狀組織,以及通過熱處理對帶狀組織的消除程度。橫斷面(圖1-1中的3)主要用于:(1)·檢驗從表面到中心的鋁合金金相組織變化情況,(2)檢驗表層各種缺陷,如氧化,脫碳,過燒、折疊等,(3)檢驗表面熱處理結(jié)果, 如表面淬火的淬硬層, 化學(xué)熱處理的滲碳層,氮化層,碳氮共滲層以及表面鍍鉻,鍍銅層等:(4)檢驗非金屬夾雜物在整個斷面上的分布,(5)測定晶粒度等。
一般說來,在進(jìn)行非金屬夾雜物評定時,應(yīng)磨制縱橫兩個面,在觀察鑄件組織,表層缺陷以及測定滲層厚度、鍍層厚度,晶粒度等均需磨制橫斷面,在進(jìn)行破斷(失效)綜合分析時,往往需要切取幾個試樣,同時磨制縱橫兩個面進(jìn)行觀察分析。
(二)取樣方法
鋁合金金相試樣一般為ф12×12mm或ф18×20mm的圓柱體或12×12×12mm的立方體。若太小則操作不便,若太大則磨制平面過大,增長磨制時間且不易磨平。由于被檢驗材料或零件的形狀各異,也有用不規(guī)則外形的試樣。非檢驗表面缺陷、滲層、鍍層的試樣,應(yīng)將棱邊倒圓,防止在磨制中劃破砂紙和拋光織物,避免在拋光時試樣飛出造成事故。反之,檢驗表層組織的試樣,嚴(yán)禁倒角并應(yīng)保證磨面平整。
切取試樣時根據(jù)被檢驗材料的軟硬程度采取不同的方法。一般硬度較低的材料,如低碳鋼、中碳鋼、灰口鑄鐵、有色金屬等均可用鋸、車、刨,銑等機械加工,硬度較高的材料,如白口鑄鐵、硬質(zhì)合金等脆性材料,以及經(jīng)淬火后的零件,可用錘擊法,:從擊碎的碎片中選出大小適當(dāng)者作為試樣。韌性較高的材料可用切割機切割。對于大斷面零件或高錳鋼零件等也可采用氧乙炔焰氣割,但須預(yù)留大于20mm的余量,以便在試樣磨制中.將氣割的熱影響區(qū)除掉。
目前廣泛使用的國產(chǎn)Q-2型鋁合金金相切割機,它是由電動機、薄片砂輪、試樣夾具和冷卻裝置等組成。薄片砂輪尺寸為∮250× 2 × 32mm,以氧化鋁或碳化硅為磨料,用樹脂膠合而成,安裝在電動機主軸上,轉(zhuǎn)速為2800r/min,切割時噴水冷卻。一般軟砂輪用于切割硬材料,硬的砂輪用于切割較軟的材料。
不論采用何種方式取樣,都須防止因溫度升高而引起組織變化或因受力而產(chǎn)生塑性變形。如淬火馬氏體因溫度升高而轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體;裂紋處因受熱而使其擴展,某些鋅、錫等低熔點金屬,因受熱而使其再結(jié)晶,低碳鋼,奧氏體類鋼和某些有色金屬等,因受力而引起塑性變形,使滑移線增多或出現(xiàn)形變孿晶,諸如此類都使試樣原來的組織發(fā)生變化,從而導(dǎo)致錯誤的檢驗結(jié)論。因此在取樣中務(wù)必注意冷卻和潤滑,特別是采用氧乙炔氣割的試樣,一定要磨去熱影響區(qū)。
(三)試樣的熱處理
經(jīng)取樣而獲得的鋁合金金相試樣,有的可直接進(jìn)行磨制,有的尚需熱處理后才能進(jìn)行磨制,如檢驗鋼的非金屬夾雜物,碳化物不均勻度等項目的試樣,需經(jīng)熱處理,其處理規(guī)程按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定執(zhí)行。
1.非金屬夾雜物試樣的熱處理
檢驗非金屬夾雜物的試樣,一般都經(jīng)淬火處理,使其硬度增高便于磨制,拋光。
2.碳化物不均勻度試樣的熱處理 .
檢驗碳化物不均勻度的試樣,須經(jīng)淬火和高溫回火,浸蝕后使基體呈黑色而碳化物呈白亮色,,利于鑒別。