摘 要：论述了电厂金属材料金相样品的制备方法和制备过程中可能产生的问题及其解决方法。依此方法可确保获得—个平整的能反映金属材料真实组织的金相样品。
关键词：金相试样；磨光；抛光
《火电厂金属材料》所讲的内容偏向于电厂所用的耐热材料和合金材料，市场上很少有这些特殊材料的金相试样供应。而金相试样又是金属材料课程所必须具备的实验材料，为了满足教学要求，我们走上了自己开发和研制金相试样的道路。本文详细论述了电厂金属材料金相样品的制备方法和制备过程中可能产生的问题及其解决方法。依此方法可确保获得一个平整的能反映金属材料真实组织的金相样品。
1 材料的准备
金相试样的制作要准备几十种不同的材料，制作出上百种不同组织状态的试样。而且用于教学的金相试样，必须具有典型的组织状态，因此对材料的要求很严格。所以选取合适的材料是关键的一步。
1.1 材料的选取
电厂对材料的要求很严，都是从大型钢厂购进的有严格化验结果的钢材，质量有保证，如20#钢、45#钢、65Mn、T8、T10、T12、灰口铸铁、球墨铸铁及一些电厂常用合金材料等。这些能在电厂找到的材料，我们都直接从电厂选取，在选取中严格把关。
1.2 材料的铸造
还有一些材料在电厂是找不到的，如高速工具钢铸态、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、及过共晶白口铸铁等，但教学上又必须使用，这些材料就要特殊铸造。
铸造时要注意控制好材料的晶粒度。另外，对于共晶白口铸铁的含碳量要严格控制。对于高速工具钢铸态，在铸造时更要特别注意含碳量，因铸造时温度很高，碳损失很多，使材料组织不容易达到要求。
2 材料的切割和热处理
2.1 材料的切割
从电厂选来的材料或自己铸造的材料一般都很大，要把大材料变成做试样用的小材料，材料的切割是关键。切割的方法很多，必须根据材料性质和状态，采取不同的切割方法。比如：有色金属比较软，可用手工锯；黑色金属的淬火材质比较硬，采用金相切割机切割；白口铁比较脆，可采用锤子砸成碎块；对于那些难切割的耐磨、耐热的硬材料，如高锰铸铁等，我们采用的办法是火焊割成小块，再用金相切割机切去组织变形部分，然后再切割成更小的比较标准的镶嵌小块。
在切割热处理材料时要特别小心，在这方而我们的教训是深刻的，许多材料的热处理组织在大块观察时是正确的，经过切割、镶嵌后制成试样组织就不对了。比如回火马氏体，制成试样后，在显微镜下观察，组织就变成了索氏体，材料硬度也变小了。经过反复研究分析发现：在切割的一瞬间，因试样很小，切割的速度快，金相砂轮机的转速达到2900r/min，虽然切割过程中也使用了冷却水，但用量较少的冷却水来不及冷却摩擦所产生的高热量，切割表面因温度升高发生了组织变化，造成大量试样变成废品。所以切割热处理材料时，必须保证有充足的冷却水，同时，切割速度要尽量慢一些。
2.2 材料的热处理
材料热处理时要注意材料的晶粒度，使金相组织既接近现场使用材料的组织，又要有良好的教学效果，如淬火后的回火马氏体、退火后的珠光体、各种铸铁的不同基体组织等。若晶粒度太大，则偏离现场使用材料的组织，若晶粒度太小，则教学效果不明显。晶粒度的大小原则上应满足在200～450倍的显微镜下能明显显示组织特征的要求。由于一般院校的金相实验室没有射电显微镜，光学显微镜的分辨率一般不超过1500倍，所以适当提高材料的晶粒度，使组织在光学显微镜下看得清楚一些，对初学金属材料课程的学生比较有利。这就要求材料在热处理时加热温度适当提高一些，保温时间适当延长一些，加热时同时应注意材料受热均匀，冷却时速度尽量一致，避免一块试样组织有较大差异。
3 试样的镶嵌
材料经过不同方法的切割后，大部分现状不规则，而且尺寸较小，必须经过镶嵌才能使用，又可以长期保存。镶嵌有热嵌和冷嵌之分，一般镶嵌的配料有热塑性塑料(如聚氯乙烯)、热凝性塑料(如酚醛树脂)及冷凝性塑料(如环氧树脂+ 固化剂)。大部分材料的试样，可以用镶嵌机进行热镶，我们采用常用的聚氯乙烯粉加适当的其它原料(如石腊、稀释剂、色料等)组成的不同颜色的配料进行镶嵌，经过不断完善配料的组成，取得良好的效果。为了便于区分不同种类的材料组织，可将材料镶嵌成许多种不同颜色的试样，如用红色聚氯乙烯粉配料进行平衡组织的镶嵌，用黑色聚氯乙烯粉进行铸铁材料组织的镶嵌等。在镶嵌后的试样背部要在恰当的时间打印上钢字号，来区别不同的材料。值得注意的是，镶嵌出来的试样模块质量好坏，与镶嵌用配料和镶嵌经验有关，配料不同，镶嵌时的温度不同，都会影响镶嵌效果。
对于个别热处理材料，如水淬材料，热镶时温度达到180℃，相当于材料的低温回火，经镶嵌后组织就变成了回火马氏体。为了使水淬的材料组织不发生变化，必须采用冷镶的方法。我们采用环氧树脂和聚氯乙烯粉混合浇铸(要先加工好模子)，经过24小时的固化，就变成了标准的金相试样模块。因固化是在室温进行的，水淬的组织不会发生变化。
4 试样的磨制与浸蚀
磨制试样的过程，分为粗磨、细磨和抛光等几个步骤。
粗磨：粗磨方法应视材料而定，硬性材料采用砂轮磨平法，软性材料采用锉刀锉平。粗磨操作比较简单，但要注意磨平，而且应保证磨面不会受热过高而产生组织变化。对镶嵌比较平坦的大部分试样，可采用粗砂纸磨平。
细磨：细磨又分为机械磨制和手工磨制，如果制作量大，应采用机械磨制。熟练的试样制备人员，经过三、四道砂纸的打磨，就可以达到进行抛光的水平，我们采用280#、400#、600#水砂纸磨制三道就可以进行抛光。细磨时应注意：磨面与砂纸接触，作单向滑动，水要适量；更换砂纸时，试样要进行清理，并且将试样转动90º。
抛光：试样制备的好坏与抛光的水平有很大关系。抛光首先要选用合适的抛光剂和抛光面料。选氧化铝水粉混合物作抛光剂，成本相对低廉一些，但效果不太好，制备试样的抛光时间很长，对于一些软材料不太适用。金刚石研磨膏(有2.5W、1.5W、0.5W等不同的细度)常用2.5W细度，对各种材料的抛光效果都很好，很少的用量就可制备三到四个金相试样，抛光时间短，工作效率高。虽然研磨膏的价钱偏高，但用量少，效果好，综合成本并不高。尤其对一些特软(如铝合金、工业纯铁)或特硬的材料(如高速工具钢、耐磨钢等)进行抛光更显其优势。抛光面料一般采用呢子，对一些硬度要求高的试样，可先用帆布粗抛，再用平绒面料细抛。
抛光时应注意：
1) 抛光盘保持一定的湿度，用力要均衡。
2) 边抛光边转动试块，防止出现“拖尾”现象。
3) 抛光过程中，用力不可过大，避免试块表面变形层过深或试块甩出伤人。
经过抛光的试样，在未浸蚀状态下，只能在显微镜下看到某些缺陷或非金属夹杂质，如石墨。要鉴别材料的组织，必须对试样进行浸蚀。试样的浸蚀时间与材料的种类和组织有关，易腐蚀的材料浸蚀时间短，而耐腐蚀的材料浸蚀时间长。浸蚀时间的长短应严格控制，如果浸蚀时间过长，则整个试块都变黑，需要重新抛光、浸蚀。如果时间过短，结构显示不出来，需要重新浸蚀。不同材料，选用的浸蚀剂不同，一般常用的黑色金属材料选用4%的硝酸酒精溶液作浸蚀剂，浸蚀时间在2～120秒范围，工业纯铁、合金材料浸蚀的时间相对长一些，常用的平衡组织材料、碳钢的热处理材料浸蚀的时间短。
浸蚀后的试样，应立即清洗干净，以*快的速度水洗，水洗后可用吸水纸吸干试样表面的水痕，然后置于干燥器中。
5 金相试样的保存
制备好的金相试样要长期保存，反复让学生观察，试样表面的保护至关重要，经过多次实验，长期观察，我们认为采用**无色透明指甲油涂在试样表面效果*好，试样保护层平坦、不变色、透明度高，可长期保存，时间达半年至三年而组织不变化(与试样制作水平和试样材料有关)。