金相检验

金相是指金属或合金的内部结构，即金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。

金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。

广义的金相组织是指两种或两种以上的物质在微观状态下的混合状态以及相互作用状况。

金属材料的显微组织直接影响到机械零件的性能和使用寿命，金相分析是控制机械零件内在质量的重要手段。

在新材料，新工艺，新产品的研究开发中，在提高金属制品内在质量的科研中，都离不开金相技术分析。

所谓“相”就是合金中具有同一化学成分、同一结构和同一原子聚集状态的均匀部分。

不同相之间有明显的界面分开。

合金的性能一般都是由组成合金的各相本身的结构性能和各相的组合情况决定的。

合金中的相结构大致可分为固溶体和化合物两大基本类型。

所谓“金相”就是金属或合金的相结构。

金相检验（或者说金相分析）是应用金相学方法检查金属材料的宏观和显微组织的工作。

金相学：狭义的金属学，也就是研究合金相图，用肉眼观察，在放大镜和显微镜的帮助下，研究金属和合金的组织和相变的学科。

金属学研究成分、组织结构及其变化，以及加工和热处理工艺等对金属、合金性能的影响和它们之间相互关系的学科。

金相试样制备技术
金相试样制备是显微组织分析中必不可少的环节，制样的优略直接影响到组织评定的准确程度。

一个好的金相试样来之不易，需要一系列的制备过程。

下面就通过我在金相制样实习过程中的步骤与大家一起分享。

一制备金相试样的目的（意义）
金属及其合金在工业、农业、交通、国防及民用等各个方面是应用最广泛的材料。

合金的成分、热处理工艺、冷加工工艺直接影响金属材料的内部组织、结构的变化，从而使机件的机械性能发生变化。

因此用金相分析的方法来观察检验金属内部的组织结构是工业生产中的一种重要手段，金相检验常用于原材料检验、生产过程中的质量控制、产品质量检验、失效分析等方面。

二金相试样的制备过程
金相试样的制备过程分为取样→镶嵌→磨光→抛光→浸蚀→观察→评定等。

1 .
取样
根据检验目的，在被检部件上选择有代表性的部件截取试样。

试样的截取应该便于以后的磨制
和观察为准。

根据不同的实验目的，试样的选取方法、部位、数量也会不同，我们实训所采用的材料有20钢、45钢、铸铁、铝铸件等，选用材料的长度选取在15~20mm。

不论采用那种方式取样，都需防止因温度升高而引起的组织变化，或因受力产生塑性变形。

2 镶嵌
如果材料不便于直接用手把持，就需要采用相应的镶嵌方法，来获得尺寸适当、外形规则的式样。

在检验表层组织（表面热处理、淬硬层、脱碳层、镀层）时，最好进行镶嵌，可防止磨制试样时产生倒角影响结果。

3 磨光
磨光可分为粗磨和细磨。

粗磨：经取样和镶嵌的试样，应在粗磨水砂纸上进行打磨（如果试样材料过于粗糙首先应在砂轮上找平），无论是在砂轮还是砂纸上打磨试样时，用力均匀压力不要太大，并经常用水冷却，避免试样因受热而发生组织变形。

细磨：粗磨完再依次由粗到细的各号水磨砂纸和金相砂纸上依次进行磨制。

我们现用400、600、
800、1000、1500、2000水磨砂纸。

在这里要注意的是，磨制时用力要均匀，在每张砂纸的磨制时间不要太长，当旧划痕完全消失新划痕均匀一致时即可更换砂纸，每换一张砂纸，试样要转动90度。

粗磨和细磨时要将试样洗净，不然一些沙粒很容易带到细砂纸上造成较大划痕，那样就会前功尽弃，误工误时。

4抛光
这是关键的一步也是机械加工的最后一步，目的是除去最后一道砂纸留下的划痕，以得到光滑如镜的磨面。

抛光的好坏直接影响着被检面的洁净和组织呈现。

抛光可分为机械抛光、化学抛光、电解抛光。

由于条件原因。

我在这里只说一下机械抛光，机械抛光是靠溶入抛光织物的磨料对试样的切削作用达到抛光目的。

抛光织物一般有细帆布、海军呢、丝绒等。

磨料为氧化铝，碳化硅，金刚砂，氧化铬。

抛光时将磨料均匀的悬浮在织物上，试样的磨痕要和转盘的的方向垂直，抛光操作时，对试样所施加的压力要均用力均衡，且先重后轻。

较小的施加压力。

抛光初期，试样放在离外圈三分之一处，这样有利于较快的消除磨痕。

抛光后期，将试样放
在离抛光盘中心较近的地方，要不断的转动试样，这样可有效防止非金属夹杂物等产生拖尾并使试样表面干净。

5浸蚀
是把金相样品浸在化学浸蚀液里或用带有化学浸蚀剂的脱脂棉球擦拭一定时间，借助化学侵蚀剂对金属的化学作用使金相组织呈现出来。

浸蚀可分为化学浸蚀和电解浸蚀，其实原理都一样，都是借助化学侵蚀剂的电化学反应而达到目的。

由于效果和条件限制，我们暂时使用化学侵蚀，不同材质选用不同侵蚀剂。

侵蚀时用沾有化学侵蚀剂的棉球轻轻擦拭样品表面，时间以经验而定。

侵蚀时不能为了增加组织的衬度而过度浸蚀试样，这样很容易造成假象，使组织混淆，就拿贝氏体组织来说过度的浸蚀会使贝氏体变成珠光体，造成假象和误判。

我所做的是45钢，化学浸蚀步骤为：冲洗抛光试样→擦酒精→浸蚀→擦酒精→吹干。

所用浸蚀剂为2%~5%的硝酸酒精溶液，具体操作方法为：水冲洗试样、擦酒精，然后将试样表面倾斜约45°，用沾有浸湿剂的棉球擦拭表面，不断观察其颜色的变化并在心里默记时间长短，确认浸蚀时间已到，立即用流动的水冲洗试样，再擦酒精，用蘸有酒精的棉
球由上至下慢慢轻擦试样表面，最后吹干即可。

6观察
观察可分为宏观分析和微观分析。

我们宏观分析时先用肉眼或低于10倍的放大镜对试样表面进行观察分析，看是否有宏观缺陷，对金属面晶粒大小进行粗略判定。

微观检验，用放大100倍的显微镜头对整个被检面的晶粒度进行分析评定和整个被检面的组织粗略观察。

200倍对金相组织仔细判定，对于晶粒较小的材质再用400倍镜头仔细分析。

总之尽量做到客观严谨。

7评定
组织详细说明：试样名称、试样化学成分、加工状态、浸蚀剂（浸蚀方法）、放大倍数、组织特征描述。

三心得与感悟
实习是每位同学必须有的一段经历，也是我们工作前一次重要的练兵，这次金相试样的制作过程使我受益匪浅。

试样的制作过程其实也贯穿了我们整个的学习生活。

从材料选取时的粗糙到完成后的光亮就好比生活中遇到的种种挫折与磨练，在不断努力中得到成功。

我们不惧怕活中有多少切削、打磨、抛光，只希望看到每一次努力后都有一点小小的进步与收获。

当抛光后的试样映照出我们清晰的面孔时，一种自豪与满足感也就油然而生，这就是对我们劳动成果的肯定。

我会把这次实训最为工作的起点，以后会以更加积极的状态去迎接生活中的挑战。

四注意事项
1实验操作过程中应严格按照实验室规章制度操作，做到安全文明使用实验器材。

2所有切削、打磨过程中接触压力都不应过大，试样需冷却，以防止受热引起的组织变化。

3配置硝酸酒精溶液时，一定要先倒硝酸再倒酒精，否则会产生爆炸。

部分内容详细补充
问1：上述材料中原材料检验、生产过程中的质量控制、产品质量检验、失效分析具体指是什么？
答：
1原材料检验：
对原材料的冶金质量情况如偏析、非金属夹杂物分布类型与级别检查；对铸造材料的铸造疏松、气孔、夹渣组织均匀性检查；对锻造件的表面脱碳、过热、过烧、裂纹、变形等情况检查。

2生产过程中的质量控制：
金相分析可以提供调整工序及修改工艺参数的根据，指导生产，如热处理淬火加热温度、保温时问、冷却速度等是否合适（正确）；化学表面热处理工艺参数的控制；锻造的起始和终锻温度是否合适等。

3产品质量检验：
有些机械零件或产品除要求机械性能、物理性能指标外，有的还要求显微组织参数，作为质量评定的技术指标之一。

4失效分析：
金相组织分析方法在机械失效分析方面广泛应用，对一些常见的弊病鉴定很方便。

如机件表面脱碳；显微裂纹的形貌及分布特征；化学热处理缺陷；热处理后的不正常组织；晶界脆性相析出等。

这些金相分析的结果常作为故障分析的根据。

问2：温度升高而引起的组织变化或因受力产生塑性变形对实验结果有什么影响？
答：
1材料因受热引起的金相组织变化．如淬火马氏体组织，往往因磨削热影响，使马氏体回火．产生回火马氏体。

2逆性变形使金相组织发生变化。

如低碳钢、有色
金属中晶粒受力压缩拉长或扭曲，奥氏体类钢晶粒内部滑移线的增加，多晶锌晶粒内部形变挛晶的出现等等都是容易发生的毛病。

尤其某些低熔点金属{锡、锌等），由于它们的再结晶温度低于室温，如果试样发生逆性变化，将同时伴随有再结晶过程，使原来的组织、晶粒大小发生根本改变。

问3：具体在什么情况下需要倒角？
答：如果不是检验表面缺陷、渗层、镀层的试样，应将棱角倒圆，防止在磨制时划破砂纸和抛光织物，避免在抛光时试样飞出造成事故。

凡检验表层组织试样，严禁倒角以保持棱角完整，并保证磨面平整。

问4：怎样选用化学侵蚀剂？
答：应根据材料选取相应的浸蚀剂，常用浸蚀剂的选用参见下表，更多选用参见金相浸蚀剂手册。

序号试剂名
称
成分适用范围注意
事项
1硝酸
酒精溶
硝酸
HNO3
碳钢及低合
金钢的组织显
硝
酸含
液1~5mL
酒精
100mL 示量按
材料
选择，
浸蚀
数秒
钟
2苦味酸
酒精溶
液
苦味
酸2~10g
酒精
100mL
对钢铁材料
的细密组织显
示较清楚
浸
蚀时
间自
数秒
钟至
数分
钟
3苦味
酸盐酸
酒精溶
液
苦味
酸1~5g
盐酸
HCl 5mL
...
显示淬火及
淬火回火后钢
的晶粒和组织
浸
蚀时
间略
为快
些约
数秒
钟至
一分
钟
材料改性研究小组。