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二、金相试样制备

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看“真相”不要看“假相”

好样品是成功的一半

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什么样的样品是好样品？

金相学(metallography)

• Metallography:

– A systematic method to examine

microstructure of materials (mainly metallic

materials)

– Can also be used to examine ceramics,

polymers and semiconductors

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Count Alois von Beckh Widmanstätten

П.П. Аносов

H.C. Sorby

A. Martens

F. Osmond

Robert Hooke(1635-1703)

于17世纪晚期设计的显微镜

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取样

制样

浸蚀

观察

金相试样制备“艺术”

取样

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取样

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取样

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取样

• 电火花放电加工(electric discharge

machining)

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取样

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损伤层

12退火工业纯钛的切割损伤

AISI P20钢电火花切割表面重熔层

• 切割是为了取样并使样品留下的残余损伤最小

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15LC 切割片

5LC 切割片

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取样

制样

浸蚀

观察

制样

• 目的：去除损伤层，得到表面光滑平整的磨面，是显示材料真实组织的前提。

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镶嵌(mounting)

• 热镶

• 冷镶

• 夹持

磨光(grinding)

• 粗磨

• 细磨

抛光(polishing)

• 机械抛光

• 电解抛光

制样-镶嵌

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制样-镶嵌

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酚醛树脂 (PhenoCure™)• 价格最低

• 高收缩

• 不能保持边缘平整

• 不耐热腐蚀剂作用

环氧树脂 (EpoMet® )• 优异的保持边缘平整特性

• 低收缩

• 耐热腐蚀剂和化学试剂作用

• 磨耗率与金属匹配

丙烯酸树脂 (TransOptic™)• 透明

• 固化周期长

• 高收缩率

• 容易产生缺陷

• 不耐化学试剂作用

• 不耐热

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常用热镶嵌工艺

http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.htmlhttp://photo.blog.sina.com.cn/showpic.htmlhttp://photo.blog.sina.com.cn/showpic.htmlhttp://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html

制样-镶嵌

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制样-磨样

• 磨平：试样表面处于同一平面

• 磨光：去除试样表面的变形损伤能够观察到试样的真实组织

• 抛光：去除残余的微细磨痕

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制样-磨光

• 砂纸：120-, 240-, 320-, 400-, 600-, 1200-, 2400-, etc

• 磨光本身也产生损伤层，需通过后道工序消除

• At the end of grinding phase, the only grinding damage present must be from the last grinding step, which will be removed by polishing.

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制样-磨光

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砂纸磨光表面变形层消除过程

制样-磨光

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含0.4%C碳钢用80#砂纸磨制后的横截面显微组织，损伤层深度120微米

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新SiC砂纸

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使用1分钟后的

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SiC砂纸的使用特性

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制样-抛光

• 去除磨光后的划痕，得到平整、光亮、无痕的镜面。

• 微粒悬浮液，eg: Al2O3, SiO2,

Diamond, etc

• 10~0.05 m

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制样

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制样

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取样

制样

浸蚀

观察

浸蚀/显示

• 化学

• 电解

• 特殊方法

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浸蚀-常用侵蚀剂• G. Petzow & V. Carie, Metallographic Etching, 2nd

edition, ASM International, 1999

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电解抛光/浸蚀(electrolytic polishing/etching)

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特殊显示方法

• 着色显示法（彩色金相）

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Example of a welded low-carbon steel etched with Klemm's I showing

the clear superiority of color etching in revealing the grain structure

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Base metalWeld Heat-affected zone

George F. Vander Voort, ASM Handbook, vol. 9: Metallography and Microstructures, 2004, pp. 493-512