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不锈钢的金相制备
介绍
元素符号:Fe
原子序数:26
密度:7.8
摩尔质量:55.8 g.mol-1
熔点:1538 °C
元素符号:C
原子序数:6
密度:2.1 – 2.3 (graphite)
摩尔质量:12 g.mol-1
元素符号:Cr
原子序数:24
密度:7.15
摩尔质量:52 g.mol-1
熔点:1907 °C
不锈钢冶金
- 铁素体不锈钢 的碳含量非常低（< 0.1%），因此具有铁素体结构。它们的耐腐蚀性随着铬含量的增加（12%到25%以上）而增加。铁素体不锈钢具有磁性，当稳定（加入钛、铌和锆）时，可焊性较好。然而，它的结构限制了它们的机械性能（特别是强度和硬度）。
牌号示例: X6Cr17 (AISI: 430). - 马氏体不锈钢 有足够的含碳量（>0.08%，高达1.2%）。它的成分中有12-18%的铬元素，由于其马氏体结构，通常比其他级别的不锈钢具有更低的耐腐蚀性。这种组织是通过热处理获得的，其性能与常规处理的钢相似。因此，它是磁性的，且通常用对机械性能要求较高的环境。
牌号示例: X20Cr13 (AISI: 420). - 奥氏体不锈钢 是最常用的。它们具有优良的耐腐蚀性和高延展性。铬含量为16-20%，镍含量较高，通常为8-10%。正是这种镍的存在使其具有奥氏体结构。可以通过添加其他元素和/或降低碳含量，以进一步提高耐腐蚀性。奥氏体组织使这些不锈钢不具有磁性。它的机械性能受到固溶处理过程的影响。
牌号示例: X5CrNi18-10 (AISI: 304) or X2CrNiMo17-12-2 (AISI: 316L). - 沉淀硬化不锈钢 是除铬含量13-17%外，另由几种添加剂（包括铜、铝、钼和铌）组成的钢种。通过热处理析出金属间化合物，提高了这种不锈钢的力学性能。通常，其基体为马氏体组织。
牌号示例: W8CrNiMoAl15-7-2 (AISI: 630(17-4PH)). - 奥氏体-铁素体不锈钢 (通常称为双相不锈钢),，具有大致相等的铁素体和奥氏体组织。其目的是获得比纯铁素体或奥氏体不锈钢更好的机械性能。它们的铬含量高（> 20%），其特点是使用氮作为添加元素，促进结构硬化和增加韧性。
牌号示例: X2CrNiMoN22-5-3 (AISI: 2205).
金相制备
无论何种材料，为了展示其最真实的微观组织，需要进行一系列同样重要的金相试样制备步骤，顺序如下:
- 从零件中获取待检试样（如有必要），称为“切割”。
- 标准化试样外观尺寸（如有必要），称为“镶嵌”。
- 提升样品表面状态，称为“研磨抛光”。
- 样品表征：（如有必要）利用腐蚀剂腐蚀样品获取微观组织信息，称为“金相腐蚀”；通过光学或电子显微镜观察。
=> 这些步骤中的每一步都必须严格执行，否则其之后的步骤将无法展开。
切割
=> 各类附件夹具的重要性显而易见。如果试样在切割过程中未被正确夹持，其将对切割轮，工件，甚至切割设备产生不利影响。
耗材
 |
不锈钢 |
| 精密切割 | UTW S Ø180 AO |
| 中型切割 | A AO |
| 大型切割 | A AO |
表1：选择合适的切割轮
镶嵌
镶嵌之前，应去除样品毛刺，可能的话，最好以乙醇超声清洗，以确保镶嵌树脂与样品的良好结合，减小树脂收缩。
否则，树脂与样品结合不良以及树脂收缩将引致研磨抛光过程中出现问题。磨料颗粒可能会滞留在试样缝隙中，并在后期游离出来，对样品和抛光表面造成污染和破坏。。在这种情况下，建议在每个步骤之间对样品进行超声清洗。
两种镶嵌方法:
热镶嵌
该方法需经由热镶嵌机实现。
:
• 全自动工作循环。
• 操作简便：参数设定、储存、调用，保证高可重现性。
• 25.4 – 50 毫米，6种内模尺寸。
+ POINT
冷镶嵌
• 脆性材料，温度/压力敏感材料
• 复杂的几何结构，如蜂窝结构样品。
• 需要镶嵌样品数量较大时。
可使用设备为:
耗材
 |
不锈钢 |
| 热镶嵌 | 环氧树脂 酚醛 烯丙基 |
| 冷镶嵌 | IP KM-U KM-B 2S* |
表2：选择合适的镶嵌树脂
* 适合大尺寸试样
研磨抛光
PRESI提供一系列手动与自动研磨抛光设备，包含丰富的夹具、附件等配件，以满足从预磨直至最终抛光、单个或批次样品的工作需求。
MECATECH系列台式自动研磨抛光机 即可满足手动工作，也可满足自动工作需求。凭借其先进的技术理念，750-1500瓦的电机功率，可处理各种不同材料及满足需要制备大量样品的需求。
耗材及磨抛工艺步骤
下述所有磨抛工艺步骤均为常用的推荐信息，可根据实际工况灵活调整。
每种工艺的第一步都被称为“求平”步骤，即快速去除材料（及镶嵌树脂）表面，使其平整。
施加于样品的压力将由其面积尺寸决定。通常而言，在粗磨步骤中，每10毫米直径样品可施加1daN（10牛顿）力，即Ø40mm=4daN，并在之后的每个抛光步骤中逐步递减0.5daN。
磨抛工艺步骤 N°1
| N° | 磨抛介质 | 悬浮液/润滑液 | 底盘转速(RPM) | 工作头转速(RPM) | 旋转方向-底盘/工作头 | 时间 |
| 1 | SiC P320 | Ø / 水 | 300 | 150 |  |
1’ |
| 2 | SiC P1200 | Ø / 水 | 300 | 150 | |
1’ |
| 3 | RAM | 3μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
2’ |
| 4 | NT | 1μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
1’ |
| 5 | NT | Al2O3 n°3 / 水 |
150 | 100 |  |
1’ |
磨抛工艺步骤 N°2
| N° | 磨抛介质 | 悬浮液/润滑液 | 底盘转速(RPM) | 工作头转速(RPM) | 旋转方向-底盘/工作头 | 时间 |
| 1 | I-Max R 54μm | Ø / 水 | 300 | 150 | |
3’ |
| 2 | I-Max R 18μm | Ø / 水 | 300 | 150 | |
3’ |
| 3 | ADR II | 3μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
4’ |
| 4 | NT | 1μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
1’ |
| 5 | NT | Al2O3 n°3 / 水 |
150 | 100 | |
1’ |
磨抛工艺步骤 N°3
| N° | 磨抛介质 | 悬浮液/润滑液 | 底盘转速(RPM) | 工作头转速(RPM) | 旋转方向-底盘/工作头 | 时间 |
| 1 | SiC P80 | Ø / 水 | 300 | 150 | |
1’ |
| 2 | MED R | 9μm super abrasive / Ø | 150 | 135 | |
3’ |
| 3 | ADR II | 3μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
1’ |
| 4 | NT | 1μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | |
1’ |
| 5 | NT | Al2O3 n°3 / 水 |
150 | 100 | |
1’ |
  |
磨抛工艺步骤 N°1 | 磨抛工艺步骤 N°2 | 磨抛工艺步骤 N°3 |
| 不锈钢 | 所有 | 硬质 | 所有 |
| 优势 | 灵活 | • 耗材使用寿命长 • 大工作量优化 • 优异的平整度 |
快速，减少步骤 |
表N°3：磨抛工艺选择
不锈钢的金相腐蚀通常使用ADLER腐蚀剂，但也可使用MARBLE或KALLING腐蚀剂。金相腐蚀在不同的成分组织之间产生不同的高度差或颜色差，以利显微观察。
金相观察
图13和14：不锈钢，抛光至1μm（20X物镜和100X物镜）
图15和16：不锈钢，氧化铝悬浮液抛光（10X物镜和50X物镜）
图17和18：不锈钢，氧化铝悬浮液抛光（20X物镜）
图19和20：不锈钢，ADLER试剂腐蚀（20X物镜）
