應(yīng)用案例 | 工具鋼的制備

時(shí)間：2024/6/25閱讀：180

工具鋼是一種非常重要的材料,它的化學(xué)成分組成從簡(jiǎn)單的塑性成型的模具鋼和水淬硬化碳鋼到高合金的高速鋼. 這些材料都有一個(gè)共同的特點(diǎn)——鐵基材料。在工具鋼和模具鋼的失效分析中,有時(shí)會(huì)觀察到各種各樣我們不希望出現(xiàn)的顯微組織。

一般而言，工具鋼的金相樣品制備不是特別困難。但是，還是有些問(wèn)題需要注意。

首先其切割過(guò)程值得注意，為了避免過(guò)熱和過(guò)燒，切割片必須選用粘結(jié)強(qiáng)度較低的切割片。

在樣品制備過(guò)程中，樣品的邊緣保護(hù)非常重要。例如：脫碳層評(píng)判的樣品，熱處理后的失效的樣品尤其如此。

在樣品制備過(guò)程中防止夾雜物的脫落非常重要，特別對(duì)于那些需要對(duì)夾雜物含量和類型需要評(píng)判的。對(duì)于含有石墨的工具鋼，石墨必須正確保留。對(duì)于Si含量較高的工具鋼斑點(diǎn)染色問(wèn)題經(jīng)常會(huì)遇到。

碳化物在樣品制備時(shí)會(huì)破裂甚至從基體上脫落變成孔洞，對(duì)于合金含量較高材料在切割時(shí)要特別注意。金相工作者必須能夠判別這些孔洞是材料本身存在的還是在樣品制備過(guò)程中產(chǎn)生的。

工具鋼的制備流程

切割

相對(duì)較軟的樣品（硬度低于35HRC或345HV）可以使用鋼鋸或者帶鋸進(jìn)行切割。

對(duì)于高硬度的樣品切割必須使用砂輪切割片，在切割過(guò)程中使用水進(jìn)行冷卻，切割片應(yīng)使用粘結(jié)強(qiáng)度較低的砂輪片以防止樣品過(guò)燒。

對(duì)于淬火后的高合金工具鋼，這樣的材料相對(duì)較脆，切割時(shí)比較容易得到平坦和損傷層小的切割表面。在精密切割機(jī)上使用金剛石或立方氮化硼刀片切割高硬度的高合金工具鋼可以獲得最小損傷層的高質(zhì)量切割表面。

鑲嵌

通常較大的樣品不需要鑲嵌就可以直接進(jìn)行拋光。如果樣品邊緣需要被保護(hù)的樣品，就必須進(jìn)行鑲嵌。

鑲嵌主要用于小和形狀不規(guī)則的樣品。

如果對(duì)于樣品的研磨拋光位置有特定的要求，那么就可以使用透明的丙烯酸熱鑲嵌樹脂。

冷鑲嵌的環(huán)氧樹脂主要用于樣品對(duì)于溫度敏感和那些不能承受壓力的樣品。

研磨與拋光

在傳統(tǒng)的方法中，無(wú)論是手動(dòng)還是自動(dòng)拋光在研磨階段，通常使用的SiC砂紙,水冷（200~300mm或8"~12"直徑）。最初研磨砂紙粒度的選自取決于切割后的樣品表面狀態(tài)。

傳統(tǒng)的方法中，拋光階段采用多步金剛石拋光液，最后拋光階段采用氧化鋁拋光。最終的拋光步驟采用手動(dòng)或自動(dòng)均可。

總之，由于工具鋼的高硬度所以拋光時(shí)很容易去除樣品的劃痕和人為缺陷。

現(xiàn)代的方法是使用自動(dòng)化的設(shè)備進(jìn)行研磨和拋光的，鑲嵌或未經(jīng)鑲嵌的樣品被放置到各種尺寸的樣品夾持器中，拋光盤的直徑通常為200，250或300mm直徑（8",10"或12"）。使用最新的制備方案只需3個(gè)步驟就可以得到令人滿意的拋光表面。

下表1的四步拋光方法可以得到高質(zhì)量的拋光表面來(lái)適合所有需求；表2顯示的是一個(gè)更為簡(jiǎn)捷的3步制備方法。

表1. 工具鋼四步法制備

表2. 工具鋼三步法制備

圖1. 用3步制備方法制備的
O6石墨工具鋼顯微組織

腐蝕

2%~10%的硝酸溶液作為工具鋼的侵蝕液。通常2%~3%的硝酸溶液可滿足大多數(shù)工具鋼的侵蝕，10%硝酸溶液適用于高合金工具鋼，例如D型鋼的侵蝕液。

注：在配置溶液時(shí)盡量用乙醇替代甲醇，甲醇有累積性毒物所以盡量少用。

總結(jié)

如果想要得到真實(shí)的顯微組織，正確的樣品制備過(guò)程十分重要。使用現(xiàn)代的半自動(dòng)磨拋設(shè)備可以快速的進(jìn)行樣品制備而且能夠得到令人滿意的工具鋼樣品。在便捷的3步樣品制備和4步樣品制備工藝中已經(jīng)提到樣品制備的關(guān)鍵參數(shù)控制。

切割過(guò)程選用硬度合適的金相專用的砂輪切割片，以避免過(guò)大損傷的產(chǎn)生。
如果樣品邊緣需要檢查，就要選用保邊性好的樹脂進(jìn)行鑲嵌。
最初的研磨工序，盡可能使用粒度較細(xì)的砂紙。
在拋光過(guò)程中，添加足夠的拋光液，才能做到有效的材料去除。
在最終拋光時(shí)，拋光布使用無(wú)絨毛、編織或壓制的織物進(jìn)行表面拋光。
選擇適合的腐蝕劑清晰顯示顯微組織并得到好的圖像襯度。

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