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什么是預(yù)磨?
預(yù)磨,也稱平面研磨,或金相磨平,是樣品磨拋制備中一個重要環(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。
怎樣實現(xiàn)預(yù)磨?
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)手動或自動金相磨拋機(jī)上進(jìn)行。如果樣品切割后有毛刺或者希望簡便實現(xiàn)單個樣品的磨平過程,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預(yù)磨機(jī)是方便經(jīng)濟(jì)的選擇。
QATM Qgrind 100手動砂帶預(yù)磨機(jī)
如果金相制備時,需要在最短的時間內(nèi)以最高的平面度實現(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)的金相自動預(yù)磨機(jī)上使用,通過高速旋轉(zhuǎn)實現(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,配備自動磨石修整功能來實現(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。
白氧化鋁磨石:適用于黑色金屬
SiC磨石:用于燒結(jié)材料、鋁、銅
QATM Qrind XL自動預(yù)磨機(jī)
磨石預(yù)磨的影響因素
自動預(yù)磨工作原理圖
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)生相對高速運動后,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,并及時沖走磨屑;而金剛石修整器以一定的時間間隔對磨石進(jìn)行自動修整,及時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!
預(yù)磨時該用多大的轉(zhuǎn)速?
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)是自動預(yù)磨過程的特征之一。QATM實驗數(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,但在實際應(yīng)用中高轉(zhuǎn)速會帶來更高的磨石損耗,同時也會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?
自動預(yù)磨時為了確保平面度,試樣均采用中心力加載模式。我們的實驗結(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,去除率曲線趨于平緩。
我們都知道,過高的研磨壓力會增加樣品材料變形,而這些變形必須在后續(xù)的研磨和拋光步驟中去除,以便能夠分析真實的材料顯微組織。因此,在實際預(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,磨石表面會形成螺旋狀紋理,此時去除率較高,但樣品表面也會比較粗糙;反之,如果低速修整磨石,磨石表面會相對光滑,樣品表面質(zhì)量也會比較精細(xì),但材料去除率將明顯降低。
大量實驗數(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間。在實際操作中,可以通過選擇和組合不同的研磨方式,實現(xiàn)最大化的材料去除率和優(yōu)異的樣品表面制備效果。
什么時候該進(jìn)行磨石修整?
什么時候是修整磨石的最佳時機(jī)?過去,必須通過聽、看、摸和測量來判斷修整時機(jī)——有經(jīng)驗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)實時材料去除情況,自動評估和選擇合適的修整時機(jī)。比如,當(dāng)去除率降低到預(yù)設(shè)百分比時,機(jī)器會自動開始修整磨石。當(dāng)然,用戶也可以按預(yù)先設(shè)定的時間間隔進(jìn)行自動磨石修整或手動修整。
Qgrind XL全自動磨石修整裝置
實際預(yù)磨案例?
案例 1多個熱軋鋼樣品的金相制備
目標(biāo):
同步制備19個未鑲嵌截面樣品,其中每個夾具開孔中夾持3~4個樣品
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
時間:~ 2 min.
拋光步驟:
9/3/1 μm
案例 2馬氏體鋼大鑲嵌樣品的金相制備
目標(biāo):
將3個鑲嵌的馬氏體鋼(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
PART.3超大鈦合金樣品的金相制備
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
時間:~90s磨平
拋光步驟:
拋光后用Kroll溶液腐蝕
弗爾德(上海)儀器設(shè)備有限公司隸屬全球技術(shù)領(lǐng)先者-弗爾德集團(tuán)旗下,提供最先進(jìn)的樣品處理與分析設(shè)備及解決方案。
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