金相试样制备中变形层的种类、影响因素及处理措施

段丝琦

(西南石油大学 四川 成都 610500)

金相试样制备中变形层的种类、影响因素及处理措施

段丝琦

(西南石油大学 四川 成都 610500)

在材料性能的相关研究中，金相试样的制备是材料微观组织形貌观测及研究的基本步骤，试样的品质直接影响着观测数据的代表性与精确性。对于金相试样的制备，往往由于不当操作引致试样表面变形层的产生，本文着重研究金相试样在制备过程中的变形层成因、缺陷形态及相关的处理措施。

金相试样；变形层；假象

1.金相试样变形层种类及假象形态

由于金相试样的制备过程中操作步骤较多，金相试样的变形层根据不同操作步骤及引致因素，其表层应变可包含多种假象形态。

1.1 力形变：划痕、点坑和力倒角

力形变是人为因素导致金相试样表层应变而产生的变形层，同时也是金相试样制备过程中最易出现的假象形态。典型的力形变包括划痕、点坑以及力倒角。

划痕多呈现尖锐的细丝状形态，在试样表面跨度较大，有时可横跨整个观测视野，对试样形貌观测影响较大。划痕多由磨具粒度不均导致试样划擦引起。

点坑与划痕成因基本相同，但点坑除摩擦用具粒度引起外，有时还可因外来异物颗粒而产生。与划痕相比，单个点坑在试样表面所占面积很小，但纵向深度大。一旦试样出现点坑缺陷，很难通过后处理的方式去除。

力倒角作为另一种常见的假象形态，常常表现为试样表面呈现不同程度、不同范围的倾斜台，导致材料显微结构均匀度降低，削弱了其观测价值。力倒角通常因操作者磨制试样过程中用力不均而产生。

1.2 热形变：晶粒及晶界粗大或变形

热形变同力形变一样，也是在金相试样制备过程中常见的假象形态之一。典型的热形变包括晶粒、晶界粗大或变形，对于多相或不均匀材料，有时晶界处会产生细小裂纹。

晶粒及晶界的粗化现象，在微观上是由于在温度较高的情况下材料表面会快速氧化，若金相试样的成分不均匀，那么在材料部分晶粒和晶界处会由于氧化作用产生凹陷，从而影响光路，在观测中就显示出粗化现象。此外，若试样制备采用化学试剂腐蚀法，那么腐蚀过度也会导致氧化，从而产生粗化或整个试样的色度变低，不利于观测。

晶粒及晶界由温度升高引起的形变通常呈现不规则的曲化形态，是由于温度变化使得材料内部的粒子扩散变形引起的。

1.3 杂质引致形变：异物嵌入

外来杂质的嵌入与点坑类似，但有时占据观测视野较大。若在磨制过程中有外来杂质的影响，还可能会引发其他不同程度的力形变。

1.4 析出物形变：曳尾

曳尾也称彗尾、拖尾。与划痕不同，曳尾的形态呈宽头细尾的带状，并且曳尾的形成并不是人为因素引起的，而是与材料本身成分有关。金相试样磨制中材料有时存在析出物，继续磨制则会形成曳尾。曳尾的去除方法简单，只需在抛光织物上再细致抛光若干秒即可。

1.5 其他形变：过抛、褶皱、脱落

除了上述假象形态，金相试样有时还会存在其他形变，如过抛、褶皱、脱落等。其中过抛对变形层厚度有直接影响，抛光压力越大，变形层厚度也随之增加。

2.金相试样变形层影响因素

2.1 接触应力

在金相试样制备中，变形层受接触应力影响最大。其中接触应力包括：正应力、切应力、力稳定性及滚压作用。

正应力对变形层的影响主要体现在变形层的纵向深度上。若操作者在磨制或抛光过程中在试样纵向施力过大，则会直接导致变形层厚度的增加；若纵向施力不均，则会产生力倒角等力形变。

切应力方向与试样主轴垂直，磨制过程中由操作者抓握试样方式引起，常常表现为力偶的形式带动试样旋转，在砂纸磨粒的作用下引起划痕加深或划痕增多，但对观测影响不大。

应力稳定性在一般试样制备中都能很好保持，但在磨制过程中偶尔会出现应力失衡的情况，导致磨制骤停，往往由应力偏斜程度过大导致。应力失稳一旦发生对变形层影响很大，试样表面会出现多种较深程度的力形变，且很难消除。

滚压作用常发生在砂纸细磨试样的过程中。随着砂纸微观磨粒随着操作次数增多而不断磨损，砂纸对金相试样的磨削作用会逐渐减弱，滚压作用会取而代之。滚压作用于正压力类似，会导致金相试样变形层厚度的增加。

2.2 温度因素

温度因素与假象中的热形变息息相关，温度过高会使试样内部发生根源性变形，在试样制备中的各个步骤都要注意温度的影响，根据各步骤不同特点采取相应的降温措施。

2.3 磨具器材

这里的磨具主要指细磨过程中的砂纸。砂纸的粒度大小、均匀度及有无杂质颗粒直接影响了金相试样与砂纸的接触应力，从而影响金相试样的变形层。另外，抛光过程也可视为程度较轻的细磨过程，抛光织物、抛光剂可看作粒度更小的磨具，它们的粒度也影响着变形层的产生。

2.4 腐蚀氧化

金相试样的腐蚀有多种方法，其中对变形层影响最大的是采用化学试剂的腐蚀。化学试剂腐蚀时间因材料而异，常由操作者经验决定，因此往往发生腐蚀较轻或腐蚀过度的现象。若腐蚀较轻，则观测试样的显微图像模糊、不清晰，细微组织暴露不充分；若腐蚀过度则会产生氧化，产生晶界或晶粒的粗化、暗淡现象。

3.金相试样变形层的预防及处理措施

3.1 金相试样变形层的预防

若想避免变形层的产生，需要从两方面入手：器材选择及规范操作。

金相试样从取样、镶嵌到磨制、抛光和腐蚀，需要一系列用具器材，在保障器材整洁干净无杂质的前提下，还要注意器材新旧程度，如砂纸的新旧，若砂纸使用次数过多则易产生滚压作用。而规范操作的核心则在于对接触应力和温度因素的控制，同时应在操作中不断观察金相试样表面是否已出现假象，并及时做出调整操作。

注意事项：

（1）磨制试样时注意施力范围，在试样接触和离开磨具时使用较轻微的力，避免产生点坑。

（2）采用两指抓握法，即拇指与食指抓握作单向单程运动，避免使用中指指侧贴靠试样产生力偶。

（3）可在试样顶部用标记笔标出十字定位线，以帮助观测及保持磨向恒定。

（4）采用水降温法保持温度恒定。

3.2 金相试样变形层的处理措施

较厚的变形层如力形变和热形变，需要从细磨步骤开始，重新选用适当砂纸重新磨制后再次抛光、腐蚀；较轻的变形层如曳尾等假象，可采用直接抛光再腐蚀的方法消除。

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[4]韩德伟，张建新.《金相试样制备与显示技术》.中南大学出版社.2005-05-01.

The preparation of metallographic specimen deformation layer types, influence factors and treatment measures

DUAN Si-qi. Southwest Petroleum University, Sichuan Province, Chengdu 610500, China

In the related research of material properties, the preparation of metallographic specimen is material microstructure morphology observation and research the basic steps of sample quality directly affects the representative and accuracy of the observation data. For the preparation of metallographic specimen, often caused by the improper sample surface deformation layer. This paper studies in the preparation of metallographic specimen deformation layer formation, defects in the process of form and the relevant treatment measures.

Metallographic specimen; Deformation layer; Ilusion

TE

A

1009-5624-（2016）03-0086-02