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國(guó)內(nèi)外金相試樣拋光機(jī)的發(fā)展概況
材料是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，它可以直接反映出人類文明的程度。金屬材料的力學(xué)性能不僅與它的化學(xué)成分有關(guān)，也與它的組織結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。了解它們之間的關(guān)系并掌握它們之間的變化規(guī)律，進(jìn)行正確的金相分析是有效使用材料所必需的。要進(jìn)行金相分析，就必須制備能用于微觀觀察檢驗(yàn)的樣品—金相試樣。通常，金相試樣制備要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：取樣、鑲嵌、磨光(粗磨和細(xì)磨)和拋光。每項(xiàng)操作都必須嚴(yán)格細(xì)心因?yàn)槿魏坞A段的失誤都可能影響以后的步驟，在的情況下，不正確的制作可能造成假組織，從而得出錯(cuò)誤的結(jié)論川。金相試樣的制備是通過(guò)切割機(jī)、鑲嵌機(jī)、磨/拋光機(jī)來(lái)完成的，金相試樣的zui終質(zhì)量是由拋光工序決定的，拋光是金相制樣過(guò)程中至關(guān)重要的一環(huán)。拋光是將試樣上磨制產(chǎn)生的磨痕及變形層去掉，使其成為光滑鏡面的zui后工序。拋光試樣的方法有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光以及復(fù)合拋光等。機(jī)械拋光是現(xiàn)階段應(yīng)用的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有zui高的拋光速率選擇可靠性高的金相試樣拋光機(jī)，可以提高制樣效率和質(zhì)量，減少試樣廢品率，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，獲得樣品質(zhì)量的高度一致性。
1金相試樣拋光的技術(shù)要求
拋光操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到zui大的拋光速率，以便盡快除去磨光時(shí)產(chǎn)生的損傷層。同時(shí)也要使拋光損傷層不會(huì)影響zui終觀察到的組織，即不會(huì)造成假組織。這兩個(gè)要求是矛盾的。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來(lái)去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用zui細(xì)的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低。解決這個(gè)矛盾的的辦法就是把拋光分為兩個(gè)階段進(jìn)行。首先是粗拋，目的是去除磨光損傷層，這一階段應(yīng)具有zui大的拋光速率，粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過(guò)也應(yīng)當(dāng)盡可能??；其次是精拋(或稱終拋)，其目的是去除粗拋產(chǎn)生的表層損傷，使拋光損傷減到zui小。拋光時(shí)，試樣磨面與拋光盤應(yīng)平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。同時(shí)還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來(lái)回移動(dòng)，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過(guò)程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會(huì)減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾"現(xiàn)象；濕度太小時(shí)，由于摩擦生熱會(huì)使試樣升溫，潤(rùn)滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會(huì)拋傷表面。為了達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，不要超過(guò)500r/min；拋光時(shí)間應(yīng)當(dāng)比去掉劃痕所需的時(shí)間長(zhǎng)些，因?yàn)檫€要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡無(wú)光，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕，有待精拋消除。精拋時(shí)轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高，拋光時(shí)間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場(chǎng)條件下看不到劃痕，但在相襯照明條件下則仍可見(jiàn)到磨痕。金相試樣拋光質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響試樣的組織結(jié)構(gòu)，已逐步引起有關(guān)專家的重視。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在拋光機(jī)的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機(jī)型、新一代的拋光設(shè)備，正由原來(lái)的手動(dòng)操作發(fā)展成為各種各樣的半自動(dòng)及全自動(dòng)拋光機(jī)。下面介紹幾種常用的機(jī)械拋光機(jī)的性能和特點(diǎn)。
2金相拋光機(jī)的性能與特點(diǎn)
2.1國(guó)外拋光機(jī)的性能與特點(diǎn)
(l)丹麥Struers公司研制的Abrapol-10型高科技自動(dòng)化立地式金相拋光機(jī)。試樣可以不經(jīng)鑲嵌裝在特殊夾具上，夾具由另一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向與拋光盤相反。夾具與拋光盤之間的壓力可以在0～7OON之間任意調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定拋光時(shí)間后，夾具自動(dòng)抬起并停止。夾具的特點(diǎn)是能適應(yīng)各種形狀的試樣。對(duì)于線材及尺寸較小的棒材試樣，可把試樣分成三組，用厚鋼板及螺釘固定在夾具上，每組可裝20～40個(gè)線材試樣，對(duì)于較大試樣每個(gè)夾具可以裝6塊。夾具上試樣孔的設(shè)計(jì)是使樣品與夾具及固定螺釘始終保持三點(diǎn)接觸。如果兩個(gè)人使用3臺(tái)這種設(shè)備，lh可制備6至8個(gè)夾具試樣，實(shí)際上每個(gè)夾具試樣在3臺(tái)設(shè)備上的總有效時(shí)間總共只有6min，具有很高的拋光效率，而且試樣的拋光質(zhì)量能達(dá)到金相分析的要求。
(2)美國(guó)Buehler公司研制生產(chǎn)的vanguard型全自動(dòng)拋光機(jī)從粗拋到zui后精拋整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)完成，可以設(shè)置50個(gè)常用工作程序，操作界面友好，彩色液晶顯示，觸摸式操作，整個(gè)過(guò)程的每個(gè)工序之間都進(jìn)行夾持器和樣品的清洗與烘干，充分保證了樣品制備的與高制性，操作過(guò)程的全自動(dòng)化模式，節(jié)省了人工并提高了效率與質(zhì)量。試樣由拋光臂按照一定軌跡在拋光盤內(nèi)運(yùn)動(dòng)，拋光臂上的壓力可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，zui大可達(dá)20N。在預(yù)定的拋光時(shí)間內(nèi)，此壓力將逐漸自動(dòng)減小到零，這樣可減少拋光缺陷。拋光臂的速度也可以調(diào)節(jié)，每道工序只需2～5min，適用于各種材料。
2.2國(guó)內(nèi)拋光機(jī)的性能與特點(diǎn)
(1)上海長(zhǎng)方光學(xué)有限公司生產(chǎn)的PG-1型金相拋光機(jī)配備0.2kw電機(jī)，拋光盤直徑為220mm，拋光速度可定制為900l./min或1400r/min。PG-l拋光機(jī)是采集多方面使用人員的意見(jiàn)和要求設(shè)計(jì)而成的，它具有傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，操作、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)的拋光盤直徑和傳遞功率均大于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品，能適合更多種材料的拋光要求。
(2)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電新技術(shù)公司研制生產(chǎn)的DMP-3A10型金相拋光機(jī)采用電腦控制，拋光時(shí)間采用數(shù)字顯示，在0～99min595定時(shí)范圍內(nèi)任意給定。壓力按加載大小數(shù)字顯示，在O～200N加載范圍內(nèi)任意給定磨盤轉(zhuǎn)速采用儀表顯示，在0～50r/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。工作時(shí)，磨盤在調(diào)速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)一設(shè)定的壓力，按理想的加壓保壓和分段卸壓方式將夾持盤壓在轉(zhuǎn)動(dòng)的磨盤上，從而能快速去除試樣表面的磨痕和消除變形層拋光時(shí)間到達(dá)后，磨盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，夾持盤自動(dòng)提升，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)控操作{6。DMP-3A10型金相拋光機(jī)可根據(jù)不同金屬材料的需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置和存儲(chǔ)工作參數(shù)(速度、壓力和時(shí)間)，也可從存儲(chǔ)器中調(diào)用已事先優(yōu)化的工作參數(shù)，具有很高的智能化程度
(3)南京測(cè)控科學(xué)器材有限公司研制的GPV型金相變頻調(diào)速拋光機(jī)采用無(wú)級(jí)變速，從1400～50r/min，并具有數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速的功能變頻調(diào)速是被理論和實(shí)踐證明的“節(jié)能明顯，功能豐富，性能穩(wěn)定"的調(diào)速裝置，根據(jù)不同材料，拋光時(shí)需要選擇合適的速度，得到*的效果。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能在很短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到*的拋光速度，并且消除試樣表面的劃痕，使試樣符合金相分析與研究的要求。
3討論縱觀國(guó)內(nèi)外拋光機(jī)的狀況，國(guó)內(nèi)研發(fā)的拋光機(jī)在性能和外觀等方面還存在一定差距。例如，國(guó)內(nèi)研制的拋光機(jī)多數(shù)機(jī)型的拋光盤為單盤或雙盤，有水，但冷卻條件差由于冷卻條件差，試樣表面易發(fā)熱變灰暗，而且會(huì)繼續(xù)增厚形變擾動(dòng)層，對(duì)快速拋光好試樣帶來(lái)麻煩；拋光盤轉(zhuǎn)速固定不變，而金相試樣制備過(guò)程不允許組織變形，軟相(石墨)脫落，硬相(碳化物)浮凸，拋光后試樣表面應(yīng)光亮如鏡、無(wú)磨痕。為此，不同性質(zhì)的材料，需采取不同措施。
而國(guó)外研制的全自動(dòng)拋光機(jī)，能夠自動(dòng)控制冷卻液的流量，整個(gè)操作過(guò)程采用全自動(dòng)化模式，節(jié)省了人工并有效地提高了研究效率與質(zhì)量。我國(guó)金相試樣制備的研究開(kāi)發(fā)雖然已有幾十年的歷史，并己取得了一定的成績(jī)，但是和國(guó)外相比仍然有明顯的不足，制約我國(guó)金相試樣制備技術(shù)發(fā)展的因素主要有以下幾個(gè)方面:
(l)我國(guó)目前還沒(méi)有金相試樣拋光機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，金相試樣拋光機(jī)作業(yè)質(zhì)量的測(cè)試指標(biāo)以及測(cè)試條件，各個(gè)生產(chǎn)研制單位大多是根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)金相試樣拋光進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，判定標(biāo)準(zhǔn)不一，影響了新機(jī)型的開(kāi)發(fā)研制
(2)缺乏懂金相知識(shí)與機(jī)械設(shè)計(jì)及其控制的綜合性人才，這無(wú)形中增加了我國(guó)金相取樣制樣設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)的難度。
(3)冶金、機(jī)械、汽車、拖拉機(jī)、兵器、航天航空、軸承、工模具等制造行業(yè)中所需的金屬材料類型多樣化，由于各種金屬材料的物理、化學(xué)等性能不一，使拋光機(jī)在試驗(yàn)參數(shù)測(cè)定確定*性能指標(biāo)等方面有很大難度。
(4)金相試樣拋光的機(jī)制研究和系統(tǒng)的理論欠缺，研究手段相對(duì)落后〔我國(guó)金相試樣拋光機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)要適合我國(guó)的具體國(guó)情，不僅要適合我國(guó)廣大金相工作者對(duì)金相試樣拋光機(jī)各種性能的要求，提高制樣質(zhì)量和自動(dòng)化程度，同時(shí)應(yīng)考慮到金相工作者不同知識(shí)層次的需要，使設(shè)備力求操作簡(jiǎn)單、安全可靠，而且應(yīng)考慮盡量降低成本，提高性能價(jià)格比，使金相試樣拋光機(jī)在各種規(guī)模、各種類型的企業(yè)實(shí)驗(yàn)室得到應(yīng)用和普及，促進(jìn)我國(guó)金相事業(yè)的發(fā)展。
目前，就拋光機(jī)設(shè)計(jì)而言，仍面臨許多急待突破的技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以一F幾個(gè)方面：
a.拋光方式的研究
*的金相試樣拋光機(jī)，需要有*的理論作指導(dǎo)目前，有關(guān)金相試樣拋光機(jī)的理論著作過(guò)于老化，新理論和學(xué)術(shù)研究性文章比其他機(jī)械技術(shù)理論少，且深度不夠，學(xué)術(shù)價(jià)值低，這給新機(jī)型的開(kāi)發(fā)研制帶來(lái)了困難。理論研究是今后有待深人探討的關(guān)鍵內(nèi)容之一。
b.冷卻方式的研究
多數(shù)試樣拋光方法zui重要的特點(diǎn)是拋光時(shí)產(chǎn)生高溫，會(huì)造成金相組織發(fā)生變化，給金相分析造成困難因而，金相取樣時(shí)必須進(jìn)行充分冷卻。通常使用的冷卻液為水，冷卻試樣靠自來(lái)水壓力注射，冷卻程度的好壞直接關(guān)系到試樣的切割質(zhì)量。目前，關(guān)于試樣拋光的冷卻方式的專題研究成果還未見(jiàn)報(bào)道
c.控制方法的研究
在處理復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題時(shí)，傳統(tǒng)控制方法對(duì)于復(fù)雜性、不確定性、突變性所帶來(lái)的問(wèn)題總有些力不從心·為了適應(yīng)不同技術(shù)領(lǐng)域和社會(huì)發(fā)展對(duì)控制科學(xué)提出的新要求，我們必須發(fā)展新的控制模式。近年來(lái)，在傳統(tǒng)控制中加人邏輯推理和啟發(fā)式知識(shí)，將傳統(tǒng)控制理論與模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)，充分利用人的控制知識(shí)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，逐漸形成拋光機(jī)的智能控制。
4結(jié)論
目前金相試樣拋光設(shè)備形式多樣，各種半自動(dòng)化、自動(dòng)化產(chǎn)品在各種規(guī)模及各種類型的企業(yè)實(shí)驗(yàn)室得到廣泛應(yīng)用，使操作者的工作量得以減小，制樣效率得到提高；以微處理器為基礎(chǔ)的各種制樣設(shè)備代表著金相試樣制備的*技術(shù)通過(guò)機(jī)電結(jié)合軟硬件結(jié)合及互補(bǔ)，增加柔性拋光功能等方式，改造傳統(tǒng)的金相制樣設(shè)備，就可以獲得手工操作難以實(shí)現(xiàn)的高精度、高性能和再現(xiàn)性好的金相試樣。
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