工业纯铁金相试样的制备方法

孙亦蕙

(山西工程职业学院，山西 太原 030009)

0 引言

通过对材料的金相组织进行观察与研究，可了解金属材料的机械性能[1-2]，也可判断金属材料的冶炼缺陷，因此，金相检验是金属材料检测和研究的基础，金相试样的制备技术对金相检验尤其重要，是金相检验及材料类相关专业学生必须掌握的实验技能[3]。因材料的材质、冶炼工艺不同，金相试样的制备方法也不同[4]，本文作者通过对金相练习试样的大量制备，总结了工业纯铁金相试样制备的方法。

1 工业纯铁金相试样制备方法

工业纯铁是含碳量小于0.02%的铁碳合金，质地较软，工业纯铁的退火组织主要是铁素体，而铁素体的硬度只有80HB左右，所以在抛光过程中稍有不慎就容易出现缺陷或者划痕，影响样品的腐蚀以及最后组织的观察，基于此，工业纯铁的金相试样制备需要通过不断练习来掌握制样技巧。纯铁金相练习样制备步骤如图1所示[5]。

图1 纯铁金相试样制备的步骤

1.1 倒角(机磨)

倒角可以采用预磨机进行。首先检查预磨机是否为正常使用状态，然后检查预磨机的转速和转动方向(一般为逆时针转动),接着装好砂纸，经过试验，选择180#碳化硅砂纸进行工业纯铁练习样的倒角。打开预磨机，使试样的纵轴线与砂纸转台呈45°角倾斜，放在距圆盘中心半径2/3位置处进行倒角。注意压力不要过大，以免倒角不均匀和样品飞出。同时，要打开水龙头，调节合适的水流，以免造成样品局部过热，产生变形层或改变组织结构。在这个过程中，不停地转动手中的样品，就可以实现(0.5～1)mm×45°的样品边缘倒角。

1.2 磨制

将试样的磨制面朝下，施加一定的压力后将试样紧贴砂纸进行推磨；然后将试样提起并返回到起始位置，再进行第二次磨制。这个过程是个很精细的过程,按照由粗到细的顺序依次更换砂纸，每更换一张砂纸，试样旋转90°，使上道次的磨痕与本道次的磨痕方向垂直。每次磨制以磨面平整、磨痕方向一致且覆盖上道次磨痕为止。

1.3 抛光

在抛光布上均匀涂抹适量抛光膏，使抛光膏嵌入抛光布，量不宜过多，不要造成不合理的资源浪费。抛光膏涂抹完成后手拿喷壶喷适量的水，使抛光布处于浸润的状态。开启抛光机，以适当压力将试样抛光面均匀压附在抛光布表面。抛光时试样所受摩擦力随施加压力增大而变大，所需握持力也应随之增大，因此开始抛光时应注意用力握持试样样品，而不要施加过大压力，避免试样脱手飞出。

抛光时注意抛光膏的涂抹要少量多次；用力要适度，工业纯铁相对软，用力无需太大；加水要适量，加水过多摩擦力会减小，抛光效率反而降低，当然也不能太干；在磨得差不多要去观察前，将试样轻轻在抛光机上旋转，并直接将大量水加到试样与抛光布的接触面上，以清洗掉小黑点。

1.4 腐蚀

腐蚀时可采用浸入法、擦拭法或滴拭法。浸入法是将试样抛光面向下浸入盛有浸蚀剂的培养皿中，不断摆动；擦拭法是用竹夹夹持吸满浸蚀剂的脱脂棉球或手持棉棒擦拭抛光面(抛光面应适当倾斜)；滴拭法是用滴管吸取适量的浸蚀剂，滴在抛光面，同时样品抛光面应适当倾斜并不断转动，使得浸蚀均匀。

腐蚀过程中应注意观察试样抛光面变化，待其呈浅灰白或灰色后即可终止浸蚀。随后立即用无水酒精脱水，最后用吹风机斜向吹干试样表面。

1.5 观察

使用金相显微镜观察制备样品的组织结构，检验制样效果，工业纯铁标准组织如图2所示。

图2 工业纯铁标准组织100×

首先检查金相显微镜电源连接、目镜和物镜配置、粗调微调旋钮、光栏、载物台移动等，之后开启电源。调节物镜转化器，使放大倍数为100倍，将待观察的试样放置于载物台上，调节显微镜粗调手轮缓慢调节物镜与载物台的距离，调节过程必须缓慢，避免物镜直接撞击接触到试样，直到目镜中出现影像，再调节微调手轮，直至影像清晰；通过载物台调节旋钮，观察试样其他区域的组织形貌并分析。转换放大倍数，重复上述操作，观察500倍下组织结构。

2 工业纯铁试样制备常见问题及对策

工业纯铁试样制备的常见问题如图3所示。

图3(a)组织结构中划痕较多，分析其原因主要是精磨过程有些急于求成，每张砂纸磨的不够，没能把上一张砂纸磨出的痕迹完全磨掉。所以要在每张砂纸上磨够时间，追求精益求精。

图3(b)、图3(c)组织中有明显的变形层，主要是粗砂纸打磨不够，金相练习样切割等留下来的变形层没有完全去除而导致的结果。建议在粗砂纸上划痕方向一致后，换90°轻磨，使划痕方向重新一致，再换下一道砂纸。

图3(d)组织中晶界不连续，应该是由于腐蚀时间短或者是腐蚀液(硝酸酒精溶液)浓度低于4%，导致晶界没有显示出来，建议延长腐蚀时间或加大腐蚀液的浓度。

图3(e)组织的晶界是双重的，应该是腐蚀液浓度较高或者是腐蚀时间较长引起的，建议通过训练掌握精确的腐蚀时间。

图3(f)组织中有水渍产生，可以通过采用将抛光好的试样用清水冲洗过后再迅速滴加无水乙醇的方法解决，注意试样观察面应相对地面呈垂直或倾斜；再用滤纸迅速滑过试样观察面，吸收大部分酒精，并用吹风机侧吹试样观察面。

图3 工业纯铁金相试样常见问题

3 结论

在工业纯铁金相试样的制备过程中，因铁素体组织强度、硬度均很低，质地软，在手工制样的过程中，需要把握制样的磨制力度，力度不合适会导致组织中存在变形层、划痕等问题。在抛光过程中，也要注意抛光按压力度和时间，否则会引起抛光划痕、麻点等问题，影响金相组织的观察。