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國內(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的樣品—金相試樣。通常,，金相試樣制備要經(jīng)過以下幾個步驟：取樣,、鑲嵌、磨光(粗磨和細(xì)磨)和拋光,。每項操作都必須嚴(yán)格細(xì)心因為任何階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,，從而得出錯誤的結(jié)論川,。金相試樣的制備是通過切割機(jī)、鑲嵌機(jī),、磨/拋光機(jī)來完成的,，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產(chǎn)生的損傷層。同時也要使拋光損傷層不會影響zui終觀察到的組織,，即不會造成假組織,。這兩個要求是矛盾的。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,。解決這個矛盾的的辦法就是把拋光分為兩個階段進(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,，不過也應(yīng)當(dāng)盡可能?。黄浯问蔷珤?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,，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。同時還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動,，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過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，由于摩擦生熱會使試樣升溫,，潤滑作用減小,，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑,，輕合金則會拋傷表面,。為了達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低,，不要超過500r/min；拋光時間應(yīng)當(dāng)比去掉劃痕所需的時間長些,，因為還要去掉變形層,。粗拋后磨面光滑，但黯淡無光,，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕,，有待精拋消除。精拋時轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高,，拋光時間以拋掉粗拋的損傷層為宜,。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場條件下看不到劃痕,，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕,。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,，國內(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,，正由原來的手動操作發(fā)展成為各種各樣的半自動及全自動拋光機(jī),。下面介紹幾種常用的機(jī)械拋光機(jī)的性能和特點。
2金相拋光機(jī)的性能與特點
2.1國外拋光機(jī)的性能與特點
(l)丹麥Struers公司研制的Abrapol-10型高科技自動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,，夾具由另一電動機(jī)帶動，其轉(zhuǎn)動方向與拋光盤相反,。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)定拋光時間后，夾具自動抬起并停止,。夾具的特點是能適應(yīng)各種形狀的試樣,。對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個線材試樣，對于較大試樣每個夾具可以裝6塊,。夾具上試樣孔的設(shè)計是使樣品與夾具及固定螺釘始終保持三點接觸,。如果兩個人使用3臺這種設(shè)備，lh可制備6至8個夾具試樣,，實際上每個夾具試樣在3臺設(shè)備上的總有效時間總共只有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Buehler公司研制生產(chǎn)的vanguard型全自動拋光機(jī)從粗拋到zui后精拋整個過程全自動完成,，可以設(shè)置50個常用工作程序，操作界面友好,，彩色液晶顯示,，觸摸式操作，整個過程的每個工序之間都進(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,，操作過程的全自動化模式，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)運動,，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)定的拋光時間內(nèi),，此壓力將逐漸自動減小到零,，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國內(nèi)拋光機(jī)的性能與特點
(1)上海長方光學(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和要求設(shè)計而成的,，它具有傳動平穩(wěn),，噪音小，操作,、維修方便等優(yōu)點,。該機(jī)的拋光盤直徑和傳遞功率均大于國內(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,，拋光時間采用數(shù)字顯示，在0～99min595定時范圍內(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,，磨盤在調(diào)速電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(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間到達(dá)后，磨盤停止轉(zhuǎn)動,，夾持盤自動提升,，從而實現(xiàn)無人監(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)場設(shè)置和存儲工作參數(shù)(速度,、壓力和時間),，也可從存儲器中調(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)采用無級變速,，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,，拋光時需要選擇合適的速度,，得到*的效果,。該機(jī)的優(yōu)點是能在很短的時間內(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討論縱觀國內(nèi)外拋光機(jī)的狀況,，國內(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,，而且會繼續(xù)增厚形變擾動層,，對快速拋光好試樣帶來麻煩；拋光盤轉(zhuǎn)速固定不變,，而金相試樣制備過程不允許組織變形,，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,、無磨痕。為此,，不同性質(zhì)的材料,，需采取不同措施。
而國外研制的全自動拋光機(jī),，能夠自動控制冷卻液的流量,，整個操作過程采用全自動化模式，節(jié)省了人工并有效地提高了研究效率與質(zhì)量,。我國金相試樣制備的研究開發(fā)雖然已有幾十年的歷史,，并己取得了一定的成績，但是和國外相比仍然有明顯的不足,，制約我國金相試樣制備技術(shù)發(fā)展的因素主要有以下幾個方面:
(l)我國目前還沒有金相試樣拋光機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn),，金相試樣拋光機(jī)作業(yè)質(zhì)量的測試指標(biāo)以及測試條件，各個生產(chǎn)研制單位大多是根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對金相試樣拋光進(jìn)行測試檢驗,，判定標(biāo)準(zhǔn)不一,，影響了新機(jī)型的開發(fā)研制
(2)缺乏懂金相知識與機(jī)械設(shè)計及其控制的綜合性人才，這無形中增加了我國金相取樣制樣設(shè)備的研究和開發(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)在試驗參數(shù)測定確定*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，研究手段相對落后〔我國金相試樣拋光機(jī)的設(shè)計和開發(fā)要適合我國的具體國情,，不僅要適合我國廣大金相工作者對金相試樣拋光機(jī)各種性能的要求,，提高制樣質(zhì)量和自動化程度，同時應(yīng)考慮到金相工作者不同知識層次的需要,，使設(shè)備力求操作簡單,、安全可靠，而且應(yīng)考慮盡量降低成本,，提高性能價格比,，使金相試樣拋光機(jī)在各種規(guī)模、各種類型的企業(yè)實驗室得到應(yīng)用和普及,，促進(jìn)我國金相事業(yè)的發(fā)展,。
目前，就拋光機(jī)設(shè)計而言,，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)價值低,，這給新機(jī)型的開發(fā)研制帶來了困難。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重要的特點是拋光時產(chǎn)生高溫,，會造成金相組織發(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報道
c.控制方法的研究
在處理復(fù)雜系統(tǒng)控制問題時，傳統(tǒng)控制方法對于復(fù)雜性,、不確定性、突變性所帶來的問題總有些力不從心·為了適應(yīng)不同技術(shù)領(lǐng)域和社會發(fā)展對控制科學(xué)提出的新要求,，我們必須發(fā)展新的控制模式,。近年來，在傳統(tǒng)控制中加人邏輯推理和啟發(fā)式知識,，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,，充分利用人的控制知識對復(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,，各種半自動化,、自動化產(chǎn)品在各種規(guī)模及各種類型的企業(yè)實驗室得到廣泛應(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現(xiàn)的高精度、高性能和再現(xiàn)性好的金相試樣,。
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