标乐：工工具钢金相样品制备和分析

工具钢是一种非常重要的材料，它的化学成分组成从简单的塑性成型的模具钢和淬火水冷的碳钢到高合金的高速钢。甚至对于那些化学成分更新奇材料通过粉末冶金加工方法都可以做到，这些材料都有一个共同的特点。首先它们都是铁基材料。金相工作者一致认为对于硬度相对较软的退火态的、热轧态和锻造后的高速钢具有不尽相同的显微组织，而热处理后的硬度较高的工具钢的显微组织通常是强度较高的马氏体和各种形态和类型的碳化物构成。在工具钢和模具钢的失效分析中，有时会观察到各种各样我们不希望出现的显微组织。

一般而言，工具钢的金相样品制备不是特别困难。但是，还是有些问题需要注意。首先其切割过程相当困难，为了避免过热和过烧，切割片必须选用粘结强度较低的切割片。在样品制备过程中，样品的边缘保护非常重要。例如：对于脱碳层评判的样品，对于热处理后的失效的样品尤其如此。在样品制备过程中防止夹杂物的脱落非常重要，特别对于那些需要对夹杂物含量和类型需要评判的。对于含有石墨的工具钢，石墨必须正确保留。对于Si含量较高的工具钢斑点染色问题经常会遇到。碳化物在样品制备时会破裂甚至从基体上脱落变成空洞，对于合金含量较高材料在切割时要特别注意。金相工作者必须能够判别这些空洞是材料本身存在的还是在样品制备过程中产生的。

样品制备过程

切割

相对较软的样品（硬度低于35HRC或345HV）可以使用手锯或者带锯进行切割。可是，这样的过程往往会导致样品表面损失层变大和切割表面非常粗糙。为了去除这些损伤层，在最初的粗磨时一定要使用较粗颗粒的磨料（例如80 -120 grit的SiC砂纸）。这样才能去除切割产生的样品损伤。对于高硬度的样品切割必须使用砂轮切割片，在切割过程中使用水进行冷却，切割片应使用粘结强度较低的砂轮片以防止样品过烧。在切割过程中样品的冷却可以避免过热，这些切割产生的热量对于淬火和淬火后+低温回火的工具钢的影响尤为严重。不正确的切割导致马氏体高温回火，如果热量过大还会导致切割表面重新转变为奥氏体组织。这样在后续的磨削步骤想要去除这种损伤是非常困难的。对于淬火后的高合金工具钢，这样的材料相对较脆，切割时比较容易得到平坦和损伤层小的切割表面。随后可对切割表面进行研磨和抛光。在精密切割机上使用金刚石或立方氮化硼刀片切割高硬度的高合金工具钢可以获得最小损伤层的高质量切割表面。虽然切割速度较低，但是其切割表面非常光滑平坦，其后就可以使用较细粒度的SiC砂纸进行研磨（例如：使用240 到 320 粒度的SiC砂纸）。

镶嵌

通常较大的样品不需要镶嵌就可以直接进行抛光。现在大多数先进的自动抛光机可以对未经镶嵌的样品直接进行抛光。如果样品边缘需要被保护的样品，就必须进行镶嵌。镶嵌之前对样品进行电镀处理往往可以得到出色的样品边缘保护，但是现在很少这样做。因为现在使用的像EpoMet®这样的镶嵌树脂可以给样品提供非常好的边缘保护即便是没有电镀过得样品。自动抛光机比手持抛光能够得到更好的样品边缘保护。在研磨和抛光时，使用中心力加载方式比单点力加载方式等到的样品表面更加平坦。

镶嵌主要用于小和形状不不规则的样品。对于样品边缘保护没有特别的要求的样品使用普通的镶嵌树脂即可。可是有些镶嵌树脂可能被一些像酒精之类的化学试剂溶解，并且许多镶嵌树脂不能用于热侵蚀的样品镶嵌。环氧类压力镶嵌环氧树脂可以防止上述现象的出现。如果对于样品的研磨抛光位置有特定的要求，那么就可以使用透明的丙烯酸压力镶嵌树脂。冷镶嵌所使用的环氧树脂也能达到令人满意的效果。冷镶嵌的环氧树脂主要用于样品对于温度敏感和那些不能承受压力的样品。冷镶嵌树脂是可以与样品进行正真物理粘结的树脂。如果样品不需要边缘保护而且也不会受热影响的话，可以使用成本便宜的酚醛树脂进行压力镶嵌。

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