A металлографический режущий станок Это первый и наиболее важный этап подготовки образца: некачественная резка приводит к деформации, тепловому повреждению или размазыванию, которые впоследствии невозможно полностью устранить никакой полировкой. Разница между пригодным сечением и разрушенным образцом обычно сводится к трем контролируемым факторам: выбору лезвия, скорости резания и подаче СОЖ.
Почему качество резки определяет результат всего процесса подготовки проб
Металлографическое сечение принципиально отличается от черновой резки: цель состоит в том, чтобы удалить материал с минимальной механической деформацией и минимальным подводом тепла, поскольку и то, и другое может изменить изучаемую микроструктуру. Разрез, при котором образуется слой деформации, более глубокий, чем тот, который могут удалить последующие этапы шлифовки и полировки, оставит артефакты, видимые под микроскопом, что приведет к ошибочным выводам о зернистой структуре, твердости или распределении фаз.
Вот почему металлографический режущий станокs построены на основе абразивных отрезных кругов, а не фрикционных или ленточных пил — абразивная резка удаляет материал посредством высокоскоростного шлифования, которое при правильном контроле создает гладкую поверхность с низкой деформацией, требующую меньшего последующего шлифования для достижения интересующей области.
Соответствие типа отрезного круга твердости материала
Абразивные отрезные круги обычно классифицируются по абразивному зерну (оксид алюминия или карбид кремния) и твердости связки. Общее правило противоречит здравому смыслу многих новичков: для более твердых материалов требуются круги с более мягкой связкой , потому что более мягкая связка быстрее освобождает тусклые абразивные зерна, постоянно обнажая свежие острые зерна, а не позволяя кругу потемнеть и выделять избыточное тепло.
| Материал | Тип абразива | Твердость связки |
|---|---|---|
| Мягкие цветные металлы (Al, Cu, латунь) | Карбид кремния (SiC) | Жесткая связь |
| Мягкая и низкоуглеродистая сталь | Оксид алюминия (Al2O3) | Средняя облигация |
| Закаленная сталь, инструментальная сталь | Оксид алюминия (Al2O3) | Мягкая связь |
| Керамика, композиты | Алмаз или CBN | Смола или металлическая связка |
Для очень твердых или хрупких материалов, таких как спеченные карбиды, керамика и электронные компоненты, требуются круги с алмазом или CBN (кубическим нитридом бора), поскольку обычные круги из оксида алюминия или карбида кремния изнашиваются слишком быстро и выделяют чрезмерное тепло.
Скорость резания, подача и их роль в выделении тепла
Большинство лабораторных металлографических станков работают со скоростью круга в диапазоне 1500–5000 об/мин , с оптимальной скоростью в зависимости от диаметра колеса и материала. Круг большего диаметра обычно требует более низкой частоты вращения для поддержания той же периферийной скорости резания, которая является параметром, который фактически управляет режущим действием и выделением тепла.
- Более высокие скорости подачи сокращают общее время резки, но увеличивают риск локального перегрева и возгорания, особенно при работе с термочувствительными материалами.
- Более низкие скорости подачи обеспечивают более чистый рез с меньшей деформацией, но увеличивают продолжительность цикла и могут увеличить износ круга, если слишком медленная скорость приводит к образованию остекления.
- Автоматический контроль подачи, доступный на большинстве станков прецизионной резки, поддерживает постоянное усилие на круге независимо от действий оператора, что важно для воспроизводимости при обработке нескольких образцов.
- Импульсный или колебательный режимы резания уменьшают постоянное нагревание термочувствительных сплавов за счет кратковременного втягивания круга через определенные промежутки времени, чтобы позволить охлаждающей жидкости промыть зону резки.
Системы подачи охлаждающей жидкости и почему скорость потока имеет такое же значение, как и тип охлаждающей жидкости
Охлаждающая жидкость служит двум целям при металлографической резке: отводит тепло из зоны резки и смывает абразивный мусор, который в противном случае засорил бы круг и снизил бы эффективность резки. Водорастворимые охлаждающие жидкости с ингибиторами коррозии являются стандартными для черных металлов, тогда как специальные охлаждающие жидкости используются для материалов, чувствительных к воздействию воды, таких как магниевые сплавы, которые могут вступать в реакцию с жидкостями на водной основе.
Скорость потока и расположение сопла часто недооцениваются. Поток охлаждающей жидкости, который не направлен непосредственно на поверхность раздела круг-заготовка, обеспечивает минимальную эффективность охлаждения независимо от общего объема — большинство прецизионных резаков используют двойные сопла, расположенные по обе стороны от круга, чтобы обеспечить охват всего разреза, особенно по мере того, как круг продвигается глубже в более толстые образцы.
Зажим и фиксация образцов для обеспечения единообразия и повторяемости резов
Неравномерное закрепление — распространенный, но упускаемый из виду источник дефектов резки. Образец, который даже незначительно смещается во время резки, может вызвать отклонение круга, что приведет к образованию волнистой или наклонной поверхности среза, что усложняет монтаж и шлифовку. Зажимы в виде тисков с регулируемыми вставками губок подходят для нестандартных форм, а приспособления с V-образным блоком предпочтительны для цилиндрических образцов, таких как поперечные сечения стержней или труб, чтобы предотвратить вращение под действием силы резания.
Для небольших или хрупких образцов — тонкого листового металла, проволоки или хрупкой керамики — часто используются вторичные опорные приспособления или расходный материал подложки, чтобы предотвратить растрескивание образца или его выбрасывание из зажима при выходе круга из разреза. Максимальную режущую способность, обычно определяемую как наибольший диаметр или поперечное сечение образца, которое может обрабатывать машина, следует сверять с типичными размерами выборки, поскольку ее превышение приводит к многократному изменению положения разрезов, что увеличивает вероятность несовпадения между поверхностями разреза.
