QATM 奧德鎂 | 全面的金相預(yù)磨理論及實(shí)踐 —— 只在QATM
預(yù)磨,也稱平面研磨,或金相磨平,是樣品磨拋制備中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其目的是消除金相切割過程中產(chǎn)生的粗糙度,并迅速實(shí)現(xiàn)研磨表面的平整。預(yù)磨可以為后續(xù)的磨拋步驟做準(zhǔn)備,去除變形層,以及實(shí)現(xiàn)高效率的定量磨削。當(dāng)然,如果樣品的初始表面比較精細(xì)和平整,也可略過預(yù)磨程序,直接進(jìn)入細(xì)磨或精磨步驟。

預(yù)磨采用的磨料粒度一般為P60-P180,具體選用的磨料類型和設(shè)備取決于樣品材料、尺寸和制備目的。若是軟質(zhì)材料,可采用SiC砂紙、研磨薄膜、磨盤;對于較硬的材料(>300HV如硬化鋼或陶瓷),則使用金剛石磨盤。上述兩種情形均可在常規(guī)手動(dòng)或自動(dòng)金相磨拋機(jī)上進(jìn)行。如果樣品切割后有毛刺或者希望簡便實(shí)現(xiàn)單個(gè)樣品的磨平過程,下圖這種可使用不同粒度氧化鋁或碳化硅研磨砂帶的手動(dòng)預(yù)磨機(jī)是方便經(jīng)濟(jì)的選擇。


QATM Qgrind 100手動(dòng)砂帶預(yù)磨機(jī)
如果金相制備時(shí),需要在最短的時(shí)間內(nèi)以最高的平面度實(shí)現(xiàn)快速材料去除,則建議使用預(yù)磨磨石,常見的種類有陶瓷粘接氧化鋁或碳化硅磨石。磨石需要在專業(yè)的金相自動(dòng)預(yù)磨機(jī)上使用,通過高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)高效材料去除和磨平樣品。
QATM行業(yè)領(lǐng)先的Qgrind XL立式預(yù)磨機(jī)或Qpol 300 BOT全自動(dòng)磨拋機(jī)系統(tǒng)的預(yù)磨工位,搭配專業(yè)的白氧化鋁或碳化硅磨石,即使針對高樣品吞吐量也可有效地進(jìn)行平面研磨。預(yù)磨機(jī)或預(yù)磨工位采用精確電子力控制的中心力加載模式,配備自動(dòng)磨石修整功能來實(shí)現(xiàn)高精度、最大化的材料去除,快速磨平批量鑲嵌或非鑲嵌樣品。
預(yù)磨的基本原理跟研磨相似,試樣表面以一定的壓力與固定在磨石中的磨料顆粒發(fā)生相對高速運(yùn)動(dòng)后,產(chǎn)生磨屑(即材料去除)并在表面留下磨痕。在此過程中,水作為冷卻液,對樣品和磨石表面起到冷卻和潤滑的作用,并及時(shí)沖走磨屑;而金剛石修整器以一定的時(shí)間間隔對磨石進(jìn)行自動(dòng)修整,及時(shí)去除磨鈍的磨料顆粒,讓尖銳的新磨料顆粒展露出來,確保持續(xù)的材料去除過程。
磨石預(yù)磨過程的主要影響因素包括加載力,試樣夾具及磨石的轉(zhuǎn)速,金剛石修整器的修整速度/深度以及冷卻因素等。您所關(guān)心的相關(guān)問題的答案都在這里啦!
磨石作為研磨介質(zhì),采用高轉(zhuǎn)速(Qgrind XL的轉(zhuǎn)速范圍為1000~2000轉(zhuǎn)/分鐘)是自動(dòng)預(yù)磨過程的特征之一。QATM實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,隨著磨石轉(zhuǎn)速的增加,樣品材料去除率也隨之增加,而試樣表面質(zhì)量(粗糙度)基本保持恒定。
這一結(jié)果雖然表明提高轉(zhuǎn)速有助于提升材料去除率,但在實(shí)際應(yīng)用中高轉(zhuǎn)速會(huì)帶來更高的磨石損耗,同時(shí)也會(huì)增加磨石和樣品表面間產(chǎn)生的熱量。因此,磨石預(yù)磨的轉(zhuǎn)速通常選擇為1500 轉(zhuǎn)/分鐘。

是不是研磨力越大越好?
自動(dòng)預(yù)磨時(shí)為了確保平面度,試樣均采用中心力加載模式。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著研磨力的增加,材料去除率上升,磨石損耗趨于下降(自動(dòng)修整磨石次數(shù)減少),而樣品表面質(zhì)量保持不變;當(dāng)加載力達(dá)到 300N時(shí),去除率曲線趨于平緩。

我們都知道,過高的研磨壓力會(huì)增加樣品材料變形,而這些變形必須在后續(xù)的研磨和拋光步驟中去除,以便能夠分析真實(shí)的材料顯微組織。因此,在實(shí)際預(yù)磨應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)樣品材質(zhì)、大小及數(shù)量選擇合適的研磨力,且需謹(jǐn)慎地增加力值。一般情況下選擇的中心加載力不會(huì)超過350N,單位面積上的研磨力通常低于0.030 N/mm2。
預(yù)磨表面質(zhì)量可以選擇么?
是的,Qgrind XL預(yù)磨機(jī)的操作軟件界中有不同的研磨模式可供選擇,包括粗糙、正常、細(xì)磨和精細(xì)研磨四種模式,從而提供不同的表面質(zhì)量選擇。
研磨模式的不同本質(zhì)上是采用了不同的磨石修整速度:若選用較高的修整速度,磨石表面會(huì)形成螺旋狀紋理,此時(shí)去除率較高,但樣品表面也會(huì)比較粗糙;反之,如果低速修整磨石,磨石表面會(huì)相對光滑,樣品表面質(zhì)量也會(huì)比較精細(xì),但材料去除率將明顯降低。
大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在“精細(xì)”研磨模式下,樣品表面質(zhì)量可提高至少達(dá)15%;在“粗糙”研磨模式下,與傳統(tǒng)工藝相比,材料去除率可提高20%,從而顯著減少了工藝時(shí)間。在實(shí)際操作中,可以通過選擇和組合不同的研磨方式,實(shí)現(xiàn)最大化的材料去除率和優(yōu)異的樣品表面制備效果。

什么時(shí)候該進(jìn)行磨石修整?

什么時(shí)候是修整磨石的最佳時(shí)機(jī)?過去,必須通過聽、看、摸和測量來判斷修整時(shí)機(jī)——有經(jīng)驗(yàn)的操作人員可以通過磨石工作的聲音判斷是否有材料被去除,通過觸摸磨石就能分辨出其是否鋒利。
現(xiàn)代預(yù)磨機(jī)集成了材料去除檢測和顯示系統(tǒng),可根據(jù)實(shí)時(shí)材料去除情況,自動(dòng)評估和選擇合適的修整時(shí)機(jī)。比如,當(dāng)去除率降低到預(yù)設(shè)百分比時(shí),機(jī)器會(huì)自動(dòng)開始修整磨石。當(dāng)然,用戶也可以按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)磨石修整或手動(dòng)修整。


目標(biāo):
同步制備19個(gè)未鑲嵌截面樣品,其中每個(gè)夾具開孔中夾持3~4個(gè)樣品
預(yù)磨參數(shù):
磨石:P100 Al2O3
轉(zhuǎn)速:1500 rpm(磨石)/ 120 rpm(試樣夾具)
加載力:180 N
時(shí)間:~ 2 min.
拋光步驟:
9/3/1 µm



目標(biāo):
將3個(gè)鑲嵌的馬氏體鋼(60 HRC)樣品定量磨削1mm后,觀察邊緣和芯部組織,鑲嵌尺寸 100 x 50 mm
預(yù)磨參數(shù):
磨石:P100 Al2O3
轉(zhuǎn)速:1500 rpm(磨石)/ 120 rpm(試樣夾具)
加載力:200 N
時(shí)間:~5 min去除1mm
拋光步驟:
9/3/1 µm拋光后,硝酸酒精溶液腐蝕



目標(biāo):
將超大尺寸(140 x 100 mm)的鈦合金TC4樣品進(jìn)行整體制備后觀察顯微組織
預(yù)磨參數(shù):
磨石:P150 SiC
轉(zhuǎn)速:1500 rpm(磨石)/120 rpm(試樣夾具)
加載力:125 N
時(shí)間:~90s磨平
拋光步驟:
拋光后用Kroll溶液腐蝕
相關(guān)產(chǎn)品
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