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國內(nèi)外金相試樣拋光機的發(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,。金屬材料的力學性能不僅與它的化學成分有關(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,，進行正確的金相分析是有效使用材料所必需的,。要進行金相分析，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(粗磨和細磨)和拋光,。每項操作都必須嚴格細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,、鑲嵌機,、磨/拋光機來完成的，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械拋光,、電解拋光、化學拋光以及復合拋光等,。機械拋光是現(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,，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，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致的磨痕,，有待精拋消除。精拋時轉(zhuǎn)盤速度可適當提高,，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)外在拋光機的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機型,、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。下面介紹幾種常用的機械拋光機的性能和特點,。
2金相拋光機的性能與特點
2.1國外拋光機的性能與特點
(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,。試樣可以不經(jīng)鑲嵌裝在特殊夾具上，夾具由另一電動機帶動,，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?shù)竭_預定拋光時間后,，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20N,。在預定的拋光時間內(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)拋光機的性能與特點
(1)上海長方光學有限公司生產(chǎn)的PG-1型金相拋光機配備0.2kw電機,，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)大學機電新技術(shù)公司研制生產(chǎn)的DMP-3A10型金相拋光機采用電腦控制,，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)南京測控科學器材有限公司研制的GPV型金相變頻調(diào)速拋光機采用無級變速,，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。該機的優(yōu)點是能在很短的時間內(nèi),，達到*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)外拋光機的狀況,，國內(nèi)研發(fā)的拋光機在性能和外觀等方面還存在一定差距。例如,，國內(nèi)研制的拋光機多數(shù)機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,，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國家標準,，金相試樣拋光機作業(yè)質(zhì)量的測試指標以及測試條件，各個生產(chǎn)研制單位大多是根據(jù)企業(yè)標準對金相試樣拋光進行測試檢驗,，判定標準不一,，影響了新機型的開發(fā)研制
(2)缺乏懂金相知識與機械設(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,、機械、汽車,、拖拉機,、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,、化學等性能不一,，使拋光機在試驗參數(shù)測定確定*性能指標等方面有很大難度。
(4)金相試樣拋光的機制研究和系統(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,，促進我國金相事業(yè)的發(fā)展。
目前,，就拋光機設(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,，需要有*的理論作指導目前,，有關(guān)金相試樣拋光機的理論著作過于老化，新理論和學術(shù)研究性文章比其他機械技術(shù)理論少,，且深度不夠,，學術(shù)價值低，這給新機型的開發(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
在處理復雜系統(tǒng)控制問題時,，傳統(tǒng)控制方法對于復雜性、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雜系統(tǒng)進行智能化控制，逐漸形成拋光機的智能控制,。
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)通過機電結(jié)合軟硬件結(jié)合及互補,，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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