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«全国大学生金相比赛»赛后总结——李张迪
发布部门:  发布时间:2016-03-31  浏览次数:

«全国大学生金相比赛»赛后总结

2015年度的全国大学生金相技能大赛已经结束,对于此次比赛感受颇多,无论是在技能学习上,还是做事态度及性格品质上,都有一些新的体会及转变。这次比赛在昆明理工大学举行,坐火车从郑州出发近33个小时的车程,虽然时间很长、坐硬座身体很疲惫,但对于在这次行程当中的所见所感还是非常值得的,我想对于我的成长也必然有它的功效。

刚步入大三,专业课也才刚刚开始,并且我们专业的侧重无机非金属方向,对于金属材料,特别是内部的组织结构,合成及性质可以说是几乎不懂,虽然说这是金相技能比赛,只要按照操作步骤及要求制出好的样品,对于为何这么做,这个样品的组织为什么是这样的,什么样的组织才是好的等等这些问题并不会对比赛结果产生什么影响,但是我觉得仅仅是这样的真的是有点浪费这次的机会,想一下在学校除了学习专业课和公共课之外,我们真的很少抽时间去了解其他相关的专业知识,所以通过这次比赛,通过从校内外老师的简单讲解和其他学校同学的交流沟通以及自己查阅一些资料,对于金属、金相的一些相关知识,特别是对这次比赛的45号钢,球墨铸铁,20号钢,T12号钢有了新的认识和了解。

 一、首先对金相的含义以及涉及的主要内容作简单介绍

金相即金相学,就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此,它还研究当外界条件或内在因素改变时,对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。金相组织指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成,其中包括固溶体、金属化合物及纯物质。金相组织是反映金属金相的具体形态,如渗碳体,铁素体,珠光体,奥氏体等等。铁素体-碳与合金元素溶解在α-Fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状,晶界比较圆滑,当碳含量接近共析成分时,铁素体沿晶粒边界析出。铁素体的显微组织与纯铁相同,呈明亮的多边形晶粒组织。渗碳体-碳与铁形成的一种化合物。分为一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。在液态铁碳合金中,首先单独结晶的渗碳体(一次渗碳体,从液体相中析出)为块状,角不尖锐,共晶渗碳体呈骨骼状。二次渗碳体呈网结状从奥氏体中析出,共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时,由铁素体中析出渗碳体(三次渗碳体),在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。对钢的力学性能影响较大。渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀,在显微镜下呈白亮色,在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。珠光体-铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物,在a1~650℃形成的珠光体片层较厚,在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体。铁碳合金:碳钢和铸铁的统称,都是以铁和碳为基本组元的合金。有铸铁合金、碳钢合金,铸铁含碳量大于2.11%,碳钢含碳量为0.0218%~2.11%。并且若我们要其成分,性能我们必须要知道其结构组织,故需要利用铁碳合金相图,它是我们研究铁碳合金的有利工具,是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础,也是制定各种热加工工艺的依据。因此我们需要利用金相显微镜观察它的微观组织,然而在此之前我们必须掌握好相应的制样技能,使制出来的样品能在显微镜下清晰的观察出其组织,进而才能判断其组织特点和相应性能的好坏。

 二、对我们这次比赛所要用的样品进行简单的介绍

这次比赛我们用的样是北京科技大学真空熔炼实验室制备的20钢、45钢、T12 钢和球墨铸铁,其中20钢和45钢先正火消除带状组织,而后退火;T12 钢经高温奥氏体化,随炉缓慢冷却;球墨铸铁经高温石墨化退火。本次大赛的复赛阶段使用的样品为45钢 (退火态)。本次大赛决赛阶段备选样品为20钢 (退火态)、T12钢 (层片状珠光体 + 网状渗碳体) 和球墨铸铁 (铁素体基),经在开幕式上抽签决定后我们决赛要使用的样品是T12钢。结果也挺令人庆幸的因为T12钢相对于20钢和球墨铸铁来说要好磨一点。

 三、对整个磨样、制样过程进行大致地叙述以及在这整个过程中的一些经验体会

我首先先介绍一下比赛设备及耗材:(1) 预磨机; (2) 抛光机 ; (3) 金相显微镜 ;(4) 耗材:包括水磨砂纸、抛光布、抛光液、浸蚀剂、酒精等

比赛要求是:选手需在40分钟内对样品的指定端面 (即未刻有样品编号的一端) 完成磨制、抛光、浸蚀等工序,最终制备出清洁、平整、在金相显微镜下可以清晰观察到显微组织的样品。这对于我们的熟练程度要求很高,下面根据我在经过平常的练习过程对这几个决定结果成败的关键步骤总结了一些经验做一下详细地介绍:

1、磨制:根据比赛要求参赛选手可以自行选择手磨 (干磨) 或机磨 (湿磨) 甚至机磨加手磨的混合方式对样品进行粗磨和细磨。但选手在进入场地签到时需明确采用手磨还是机磨并领取相应的砂纸;比赛开始后不得以任何理由要求更换砂纸。

在暑假放假前练习的最开始阶段,我们不知道可以用机磨(湿磨),就一直用的手磨,并且最开始我们觉得干磨很难磨好,一有沙粒就会立马出现划痕而且还很深,再换下一号砂纸后几乎磨不掉,所以我们练习了一下水磨,用水管接在水龙头上在小水流的冲洗下按照一个方向反复磨,结果还不错,在暑假期间,也一直按照这个方法进行,在面的平整度和自己所用力度的把控上得到了一定的锻炼和提高,但因为在暑假期间,金相显微镜坏了,没办法观察,所以一直没有练习浸蚀这道工序,也一直对什么算是好的金相组织不清楚。然而,在暑假过后,比赛规则出来,我们知道手磨不能用水,并且又可以选用预磨机来进行水磨。由于手磨比较费力,相对来说比较累,我们就是了一下机磨,然而,预磨机的转速为450 r/min,相对于手磨来说大大加快了速度,但是难度也加大了很多,尤其是在力度的掌控上,容易使样飞走或造成塌面,所以在经过反复地练习后,我决定了在预磨机上进行180w的粗磨把最初的切割痕快速磨掉,之后选用1-5号的干磨砂纸进行细磨。

首先在预磨机上粗磨时,先进行倒角,然后打开水阀,小水流到研磨盘中部位置在此处进行粗磨,砂纸安装在研磨盘上要平整,不要留有空隙,在研磨时用力不要过大,务必保持接触面时平整的。在进行干磨前要将样的表面冲洗干净,不要留有砂砾,然后在进行吹干,在一致磨得过程中保持方向一致,用力适当,不要过大,不然容易造成较深的划痕,在观察到磨得划痕亮度均匀,方向都一致后可以换下一号砂纸。在磨之前,首先,最好要把样的表面用自来水冲洗干净,然后用吸耳球或者吹风机用冷风吹干,并且一定要把砂纸多用力弹几下,使得砂纸上不残留砂砾。然后在此号砂纸上进行细磨,磨得方向与上道磨的方向呈十字交叉形,手法照旧,力度比上次稍轻。再然后就是重复这样的过程,磨到最后的5号砂纸。不过在最后一道砂纸上根据情况可以磨两次,方向也呈十字形。在这个过程中,根据练习过程中总结了一些经验:a.在1号砂纸上磨得时间相对长一些,但用力一定不能太大,否则在2号砂纸上很难去掉;b.若按比赛要求只能选择5张砂纸时,根据我平常的练习情况来看,我的选择是3号去掉,选用水磨砂纸180w、干磨砂纸1号、2号、4号、5号,因为3号和4号的粗糙程度相差不太大,作用是一样的,都是承上启下的关键步骤,既要去掉上一道砂纸造成的相对较深的划痕,又不能磨出较深的划痕要为下一道5号砂纸打下好的基础,磨得时间一定要把控号,力度一定要小,不过为了更好的制出样,使划痕少,我最后决定还有选择3号,共使用6张砂纸。若熟练程度和技能再提高一点,选用5张砂纸是完全没问题的。c.在5号砂纸上不要磨太长时间,时间久了容易深的划痕,很难抛掉。d.磨样的这个过程是决定着能否制出好样的最基础也是重要的关键一步。所以一定要努力练习,熟练的掌握预磨这道工序,它是花费时间最久的,不要心急,也不要慌为了赶时间,只要这一道磨好了,再下一道抛光工序,是很快,效果也很好的。

2、抛光:比赛使用人造金刚石抛光膏、氧化铝抛光粉以及带背胶的抛光布 (海军呢布),首先想分享一下在选用抛光液时出现的一些问题,因为比赛提供的金刚石抛光膏和氧化铝抛光粉粒度均为2.5微米,我们可以任意选用,但是在比赛规则出来之前我们都是用的粒度分别为5微米、3微、1微米的氧化铝粉配制的氧化铝抛光液,依次抛下来效果还行,但是根据比赛的要求我们不能选用5微米和1微米的抛光液,用实验室原有的3微米的抛光液代替2.5微米的,这样抛出来的效果大不如从前,粗的一些划痕抛不掉,金相磨制面上的划痕比较多。我们也配置的2.5微米的金刚石抛光膏,可是因为之前没有过,不知道该怎么使用,通过在网上搜索了一下使用方法,自己试了几次,依然掌握的不太好就放弃了,可是在比赛之前和一个外校的老师在交流,他给我说了好多制样的技巧,其中一项就是在抛光物质的选用上,他告诉我金刚石抛光膏比氧化铝抛光液抛出来的效果要好的多,因为金刚石抛光膏的质量要比氧化铝抛光粉好很多,前者的粒度更均匀,硬度更大,使用起来也不是很难。根据这位老师提供的一些意见,在比赛时,我决定选用金刚石抛光膏,虽然挺冒险的,但对自己曾经也练习过掌握的一点技巧再加上老师提供的一些方法,为了能制出更好的样,我还是决定要试一下,结果挺让人欣慰的,在经过金刚石抛光膏抛出来的金相抛光面,不管是在划痕数量上,还是在光亮度上真的好很多。抛光详细步骤如下:

首先将自来水倒在抛光布上,使其变湿,然后把抛光膏向挤牙膏一样挤在抛光布的上,最好的位置是从中心到边沿的中间(即为半径的一半处),在此圆环处挤5-6处,用手指涂抹均匀。最后,将金相磨制面按在有抛光膏处进行抛光,抛光时使磨制面的划痕方向与抛光机的旋转方向相垂直,并且这个过程要在湿润的条件下,所以要不时的用洗瓶加水,在观察到划痕几乎没有后再将样旋转90度进行抛光,用力不要太大,并且保持面是平整的按在抛光布上。除此之外,在抛光的过程中要根据情况可以将金相面上的杂质冲洗干净。

3.浸蚀:浸蚀剂为4%硝酸酒精溶液,在此工序中关键所在是浸蚀时间的掌握和浸蚀后金相面的要清洗干净。详细步骤如下:

先将抛光后的样用清水冲洗干净,再用无水乙醇浸泡的棉球擦掉水后用吹风机吹干后,放入浸蚀剂(4%硝酸酒精溶液)中,根据我自己一直练习的数数大约26-28下,这个数值因人而异,与数数的速度和每次配制浸蚀液的微小差异都有关。浸蚀后立马拿出用大量的水冲洗,然后再用无水乙醇冲几次后可直接用吹风机吹干,也可先用棉球擦一下后再用吹风机快速吹干。

在这道工序中的注意要点:a.比赛时若对浸蚀液的情况不了解时,在浸蚀时可以比自己练习时的时间少1-2秒,在显微镜下观察其组织是否过浅,若金界不是太清晰可拿回去重新浸蚀1-2秒左右。并且浸蚀一定要到位,宁可稍微过一点,也不要太浅,否则在投影到屏幕上时组织会不太清晰,金界也不太明显。b.浸蚀前后金相面一定要处理干净,并且用镊子夹酒精棉球时一定要小心不要让镊子划伤金相面。c.若浸蚀过度,要进行再次抛光将其抛掉重新浸蚀。

4.观察:用金相显微镜观察制出来的样的金相面。首先,要能熟练的使用金相显微镜,在这次比赛时有两种显微镜,一种是我们平常练习的,一种是新型的倒置金相显微镜AE2000met,后一种虽然比较复杂,但在赛前适应场地时经多次练习后也能熟练使用。然后到了最后步骤,也是判断制出来样好坏的依据了,根据观察到是否有划痕,组织是否正确和清晰,面是否平整来确定制的样的品质和是否需要返工等。

 这就是制样的整个步骤,对这其中涉及的关键因素也作了相对详细的叙述。

 四、收获和体会

 1、勤奋刻苦是硬道理

从报名参加比赛到正式的练习再到最后的比赛结束差不多有5个月时间,在暑假期间虽然天气特别的炎热,但只要一有时间我们就去磨样,在这段时间最大的收获就是磨练了我的意志和耐心,尽管有时候样磨得很不好,又热又累,真的很想放弃,每每有这种想法的时候就告诉自己再坚持两分钟,再坚持两分钟。尤其是对我们后来赛前紧张的训练时,在我心态的调整上有很大的帮助。

 2、处处留心,虚心请教

参加这次比赛的学校差不多有103所,有很多在这个专业领域很强的学校和老师以及其学生,通过和他们的交流,让我真的是获益匪浅。不管是在学习方法上,还是在这次的金相技能上都让我了解到更多的方法,让我从中看到自己的不足和他们那许多值得我学习的地方。

 3、把握自己的节奏,勿受他人影响

在比赛过程中,由于训练时的方式不同,每个选手不管是在选材上,还是在磨样的技能上,甚至是在每道工序所用时间上,都会有很大的差别,这个时候一定要对自己有信心,首先在气场上、心理上不能被压倒,特别是在磨制时很多选手都很快结束,此刻千万别急,跟着平常训练时的节奏去做就好。

 4、学会团队合作

这次我们学校的三名选手都能获奖除了与我们自身的勤于练习外,与我们间的相互交流与学习,彼此指正与鼓励是分不开的,在平时的训练过程中,我们每个人遇到了各种各样的问题,或在磨制过程中出现的坡面和大划痕,或在抛光方法上,或在浸蚀时间上,我们通过不断地探索和交流,相互地学习,都把自己最好的经验心得去和大家分享,共同的进步。真的是难能可贵。

最后,想说的是真的很感谢我们的指导老师王焕新老师对我们的细心指导和辛苦付出,我们带队老师谢冰老师和孙晓丽老师在比赛过程中对我们的照顾和鼓励以及与我参加此次比赛的其余三个伙伴在整个过程中对我的帮助和照顾。也同时向对于我们此次比赛提供支持的学校和学院献上衷心的感谢。



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