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软金属(铝合金)金相试样的制备与组织显示------大纲、实验指导书大纲实验学时:4实验类型:综合实验所属实验课程:光学分析实验教学模块实验指导书名称:《材料光学技术实验》实验指导书相关理论课程名称:材料科学与工程学导论、普通物理、物理化学撰稿人:****日期:2011-6-30一、目的与任务重温金相样品的基本制备方法,了解材料比较软的时候,磨光、抛光的技巧;在教师指导下,独立完成一个电木粉镶嵌铝合金样品(1~2%Cu)的制备、组织显示过程。另外,了解耐蚀样品的蚀刻方法,进一步体会浸蚀、擦拭蚀刻方法的技巧和需要。二、内容、要求与安排方式⒈实验内容与要求内容涉及磨光、抛光、蚀刻。教师简要介绍实验的基本技术基础,注意事项;同学独立完成一个铝合金金相试样的制备、组织显示,包括磨光、抛光、蚀刻、观察。实际的操作如下:为每一位同学准备一个上一届同学在“材料工程基础”实践平台留存在实验室的铝铜合金的镶嵌样品,从400号砂纸开始,磨制3道砂纸;之后抛光,然后进行组织显示的蚀刻。软金属在磨光过程中的黏着感觉,与碳钢样品有显著区别;特别是在400号以上的细砂纸的磨光操作中尤其明显。同时,镶嵌样品磨面上性质不同的金属材料、镶嵌材料的复杂性,在手感、稳定控制上,与整体金属样品也存在差异。对于软金属在抛光过程中质量的波动,以及容易造成内部变形层的特点,注意随时检查、关注。蚀刻的时候,为了使得样品表面蚀刻均匀,要将样品表面倾斜放置在腐蚀液中,便于气泡的逸出;同时,不要一直在培养皿中的同一个位置长时间停留,应当多次转换位置,保证蚀刻液不会出现局部失效。在实验中熟练操作4X1型显微镜,观察各个阶段样品的表面质量。同时,在完成铝合金样品制备、组织显示后,检查普通碳钢金相样品的完成情况,保证2个样品观察效果的高质量,为后续数字图像的采集做准备(由教师,在OLYMPUS-CK40M型显微镜上检查、确认)。对于实际样品不同方向上尺寸相差比较大的镶嵌样品,如何在磨光阶段控制磨面与样品轴线保持垂直,需要同学们在实践中掌握适合各自的技巧手段。安全使用蚀刻剂,也是本次实验需要特别强调、关注的(培养同学养成良好的工作习惯)。⒉实验安排方式固定实验开设的具体时间。可以同时安排一组实验,每组15人左右。三、场地与设备⒈实验地点:材料学院中心实验室,金相样品制备实验室,材料楼441,78m2;金相实验室,材料楼420,45m2;⒉所用设备:预磨机(M-2)10台、抛光机(P-2)10台;金相显微镜(4X1)16台;⒊消耗性器材:铝合金镶嵌样品,3种规格的水砂纸(200、400、600、800号)、抛光绒布(海军呢)、吸水纸(高品质卫生纸)、抛光膏(2.5w)、混合酸试剂(HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%;蚀刻时间为1~5分钟);常规蚀刻剂(4%的硝酸酒精)、脱脂棉、酒精、显微镜灯泡;⒋安全:腐蚀的时候,提供必要的防护、操作条件:带有通风橱的腐蚀台,竹夹子、不锈钢镊子、小型培养皿;⒌磨光设备需要有连续的冷却水供应;同时,磨光设备需要配置有沉淀箱,供冷却水流入下水管道前沉淀磨削产物,避免管道堵塞。四、考核与成绩评定⒈考核的内容根据实验目的、实验内容进行相应的实践技术考核,检查样品的最终观察效果;完成实验报告。⒉成绩评定的方法根据同学实验技术掌握的程度、实验报告完成的好坏进行10分制的评判,作为最终平台课程总成绩的一部分。(一般:5~6分;较好:7~8分;出色:9~10分)五、实验大纲说明实验中,同学易出现的问题有:样品制备中磨面与样品轴线不垂直、工序转换的掌握不熟悉,评判样品质量好坏缺少经验,样品腐蚀效果的掌握不好,尤其是,软金属样品的抛光过程如何控制力度、平衡,这些,在实验的过程中指导教师应当注意。实验类型的说明:操作性实验的定义是:旨在通过某实验环境下的实际操作,使学生按照实验步骤的要求,了解和掌握实验的全过程,了解或理解某类(种)仪器设备的工作原理,掌握或初步掌握该类(种)仪器设备的操作。可以把综合性实验理解为:实验内容涉及相关的综合知识或运用综合的实验方法、实验手段,对学生的知识、能力、素质形成综合的学习与培养的实验。一般而言,综合性实验的综合特征:实验内容的复合性,实验方法的多元性,实验手段的多样性,人才培养的综合性[6]。根据上述说明,将本实验定性为:综合性六、参考资料[1]GB/T13298-1991,金属显微组织检验方法[S].[2]姚鸿年.金相研究方法[M].北京:中国工业出版社,1963.[3]沈桂琴.光学金相技术[M].北京:航空航天大学出版社,1992.[4]《彩色金相技术》编写组.彩色金相技术[M].北京:国防工业出版社,1987.[5]国家机械工业委员会统编.金相检验技术基础(初级)[M].北京:机械工业出版社,1988.[6]GB/T3246.2-2000,变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法[S].[7]GB/T3246.1-2000,变形铝及铝合金制品显微组织检验方法[S].实验指导书很软或者很硬的材料,其金相样品的制备、组织显示是比较困难的;但,这又是专业同学必须掌握的。本次软金属金相样品的获取,我们选择的材料是1~2%Cu的Al-Cu合金。其热处理状态有4种:铸态、铸态+固溶处理、铸态+固溶处理+轧制、铸态+固溶处理+轧制+时效。样品很小,无法直接握持,所以,都经过了镶嵌,参看示意图1。(根据条件,自行添加)图1镶嵌样品实例图2样品在培养皿中蚀刻摆放示意图铝合金比较而言很软,在样品制备中需要掌握特殊的方式、技巧。由于本次的样品来自于上一届同学《材料工程基础综合实验》环节,已经进行过较多的磨光处理。若直接从200号砂纸开始磨光,容易出现金属样品磨没了的尴尬现象。因此,我们选择3道砂纸磨光:400、600以及800号水砂纸。由于铝合金比较软,在样品制备过程中相应地请注意样品与砂纸之间接触时的黏着感,掌握控制样品平衡的技巧。最初向下用力不要过大,有经验后再逐步加大接触的力度。800号砂纸磨光时,在基本完成前,可以水流加大、用力减轻,近似于漂浮在砂纸上,这样,可以减少砂粒嵌入的机会,减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时,样品上应当保持一个方向的划痕。另外,样品的截面尺寸在不同的方向上有些差异比较大,如果要保持磨面与样品轴线的垂直,需要注意磨光操作过程中的砂纸的磨削方向的控制。建议:为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜,请按照图3、图4示意的实线磨削方向进行磨光操作,避免沿虚线示意的方向进行。图3铸锭、固溶处理样品的磨光方向图4轧制、轧制时效样品的磨光方向抛光时,使用海军尼作为抛光织物,配以2.5w的金刚石抛光膏。应当说,铝合金比起铅、锡等材料来讲又算不上制备困难了;不过,技能的掌握、经验的总结,还是需要逐步过渡的,不能跨度过大。组织显示,选择混合酸(科勒试剂-KellersEtch:蒸馏水190ml,硝酸5ml,盐酸3ml,氢氟酸2ml)[2,3]。蚀刻的手法,采用浸蚀、擦拭结合的形式。样品蚀刻方法请注意:为了保证腐蚀效果,样品避免放置在腐蚀液中长时间不动,应当每隔20~30秒钟移动、按动(在脱脂棉上),以保证金属面所接触腐蚀液的效力。同时,样品表面倾斜放置,保证腐蚀产生的气泡顺利溢出;参看示意图2。实验报告的要求:[1]技术方面与钢样品操作上的差别(镶嵌样品、软金属的原因)。[2]蚀刻剂的区别,蚀刻操作手法、现象的差别。[3]介绍预习过程中的哪些参考资料对自己在哪些方面有所帮助。[4]为什么首道砂纸选择400号?用自己理解的语言叙述。本次的实验地点,在材料楼441进行。实验结束后,请同学主动恢复实验室的原有状态,以备后面实验的开展。参考资料[1]GBT13298-1991,金属显微组织检验方法[S].[2]ASMHandbookCommittee.ASMHandbookVolume9:MetallographyandMicrostructures[M].ASMInternational,MaterialsPark,Ohio,USA,2004.[3]GB/T3246.1-2000,变形铝及铝合金制品显微组织检验方法[S].
本文标题:软金属(铝合金)金相试样的制备与组织显示
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