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應用案例 | 工具鋼的制備

時間：2024/6/25閱讀：297

工具鋼是一種非常重要的材料,它的化學成分組成從簡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. 這些材料都有一個共同的特點——鐵基材料。在工具鋼和模具鋼的失效分析中,有時會觀察到各種各樣我們不希望出現的顯微組織。

一般而言，工具鋼的金相樣品制備不是特別困難。但是，還是有些問題需要注意。

首先其切割過程值得注意，為了避免過熱和過燒，切割片必須選用粘結強度較低的切割片。

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

在樣品制備過程中防止夾雜物的脫落非常重要，特別對于那些需要對夾雜物含量和類型需要評判的。對于含有石墨的工具鋼，石墨必須正確保留。對于Si含量較高的工具鋼斑點染色問題經常會遇到。

碳化物在樣品制備時會破裂甚至從基體上脫落變成孔洞，對于合金含量較高材料在切割時要特別注意。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程中產生的。

工具鋼的制備流程

切割

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

對于高硬度的樣品切割必須使用砂輪切割片，在切割過程中使用水進行冷卻，切割片應使用粘結強度較低的砂輪片以防止樣品過燒。

對于淬火后的高合金工具鋼，這樣的材料相對較脆，切割時比較容易得到平坦和損傷層小的切割表面。在精密切割機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行拋光。如果樣品邊緣需要被保護的樣品，就必須進行鑲嵌。

鑲嵌主要用于小和形狀不規則的樣品。

如果對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。

冷鑲嵌的環氧樹脂主要用于樣品對于溫度敏感和那些不能承受壓力的樣品。

研磨與拋光

在傳統的方法中，無論是手動還是自動拋光在研磨階段，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。

傳統的方法中，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或自動均可。

總之，由于工具鋼的高硬度所以拋光時很容易去除樣品的劃痕和人為缺陷。

現代的方法是使用自動化的設備進行研磨和拋光的，鑲嵌或未經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量的拋光表面來適合所有需求；表2顯示的是一個更為簡捷的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

如果想要得到真實的顯微組織，正確的樣品制備過程十分重要。使用現代的半自動磨拋設備可以快速的進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提到樣品制備的關鍵參數控制。

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