当前位置: 首页  公告
金相技能大赛总结——黄来海
发布部门:  发布时间:2016-03-31  浏览次数:

金相技能大赛总结

金相技能大赛自20108月,由清华大学、北京科技大学、国防科技大学、中南大学、昆明理工大学、上海应用技术学院等高校联合发起,在昆明理工大学召开了全国高校材料学科实验教学研讨会,并在会议期间,与会代表首次提出了举办全国大学生金相技能大赛的想法。到2015年,第四届金相技能大赛开始,自此,全国大学生金相技能大赛经过五年发展,正式成为了一项全国性的大学生赛事。

从报名参加金相技能大赛开始,到金相技能大赛结束的时间,算起来也有5个月了。在这5个月中,我们从零开始,在老师的指导下,不断地练习,最终也收获了不少。下面我对这次金相技能大赛进行一个总结:

  1. 赛前的训练

当班级的金相技能大赛报名通知下来后,我根本就没有打算去报名,因为我根本就不了解什么是金相技能大赛。但是看到班级的报名人数只有一个女生,我作为一个班干部就应该起带头作用,而且参加比赛还能得到一个创新学分,于是我和室友就一起报名了。从此,我们这5个月来,就一直和金相结下了不解之缘。

第一次开始接触磨样时,我们用的都是45号钢的样品,本来说选一个表面比较光滑的样品,但是当时由于我们去做物化实验了,回来后就剩一些划痕特深的样品了。然后我们的师兄(上一届参加金相大赛的)来了,就给我们讲了一些最基本的磨样操作手法,并且当场进行了演示。于是我就拿着那个划痕特深的一面开始磨样了,但是磨了好一会儿,那个划痕还是那么深,受不了了,然后问师兄说这划痕怎么老是磨不掉。结果,师兄跟我们说,磨那个比较光滑的一面。的确,光滑的一面就是好磨点,不一会儿就把原来的划痕都磨掉了,产生的新划痕也几乎都是同一个方向的,给师兄看一下后,他就说可以换下一道砂纸了。我把样品用自来水清洗了一下,又把玻璃也给清洗了一下,然后才换下一道砂纸,再把样品上的少量水吹干后,就按上道划痕的垂直方向开始磨样了。重复着相同的步骤,只是换砂纸的型号(由粗到细的型号进行),磨到600的砂纸后,我就问师兄可以抛光了吗?师兄看了看,说你这抛光也可以,抛完后你再看看晶面。于是,我就拿着自己的样品,从5号、3号、1号的抛光液的顺序开始抛光了,抛完后清洗一下,就拿着样品在盛有几毫升硝酸酒精的表面皿上进行侵蚀,侵蚀完了就用脱脂棉擦干,然后拿到显微镜下去看,映入眼帘的只有许多划痕,而且还有几条特别的粗。可是在那个时候,我们还没有见过真正的晶面结构,所以说只知道看划痕。这就是我第一次训练的过程,大约用了3个多小时,结果我的拿样的手指都变红了,感觉有点肿了。

暑假前接下来的训练除了老师每周规定的时间外,其它的时间都是自觉练习。在多次的练习过程中,我们的磨样方式也在不断地改变着,从干磨到湿磨,因为湿磨的话划痕可能会相比较少些,但是我们的湿磨的条件有限,所以我们还是经常练习干磨。但是由于快期末考试了,所以每周去34次,虽然说现在磨的样品还是有划痕,但没有原来的多了,而且也没原来的深了,磨样及处理样品的基本方法都已经熟练的掌握了。在暑假期间,由于磨样的实验室太热,所以一开始也就没有去训练,到后来想到可以在我们暑假做实验的实验室里磨样,所以就偶尔的练习过几次。到快开学时,我跟李张迪才天天去磨样的实验室一次磨一两个样。但是由于没有显微镜,所以侵蚀完了根本看不出好坏,也就是再熟悉一下过程,感觉一下磨样的手感,掌握每张砂纸该使用的力度(第一张砂纸的力度要大些,因为刚开始磨时,样品的表面划痕还是比较深的;到最后2张时,力度一定要小,因为这时的样品表面的划痕已经很细小了,如果用力过大,还会导致划痕加深,在抛光的时候划痕就很难抛掉了)。

开学时,我们报名的同学都去磨样实验室集合,但由于大四的学长有的要忙于考研,所以总共只有四个人去了。等到了时间,老师就把今年大赛的一些新的要求跟我说了:

  1. 磨样方式: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。

  2. 抛光方式:大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,选手可以自由选择。(也就是说我们原来用的5微米、3微米和1微米的抛光液就不能用了,所以我们训练时就用3微米的来代替2.5微米的氧化铝抛光液了。)

  3. 比赛样品:本次大赛复赛阶段使用的样品为45(退火态)。本次大赛决赛阶段备选样品为20(退火态)T12(层片状珠光体 + 网状渗碳体) 和球墨铸铁 (铁素体基)。在20151010日上午的开幕式上,由竞赛委员会组织现场抽签在这三种备选样品中确定一种为决赛阶段所用正式样品。

然后我们就开始按照比赛的要求进行磨样,这也就意味着,我们四个就要开始一个月的强化训练了。因此,我们在这一个月中,除了老师规定比赛的时间外,我们几乎每天都去磨2个样。当然在这强化训练的过程中,自己的不足之处也逐渐显现出来,但是也在不断地训练改正。按照比赛的要求,我们可以选择干磨和机磨,干磨和我们原来练习的一样,就是砂纸的品牌换了一下;湿磨是用金相预磨机磨的,由于机器的转速是固定的,而且速度也是相当快的,所以样品面的平整度是不易控制,简单来说就是样品面容易磨不平,特别是磨到细砂纸的时候,只要砂纸稍有折皱,整个面就可能会分成两个明显的斜面。我还记得第一次比赛时,我就是用湿磨的,结果就把面磨斜了,因此也就没有磨好样品。然后老师看了后,就让我用干磨再磨一次。由于我干磨比湿磨的要稍好些,不说划痕至少保证了样品面的平整度,在肉眼下看是非常平整的,所以我今后就以干磨为主了。但是由于新的样品的切割痕还是比较深的,干磨的砂纸不容易磨掉,所以第一道砂纸就用湿磨的180砂纸进行机磨(机磨时,砂纸越细越不容易控制,所以只选择一张砂纸湿磨),然后就进行干磨。磨了几天后,总体上磨的效果还不错,水平也在不断进步。但随着金相技能大赛的临近,新的比赛要求也逐渐通知下来:

1砂纸:按照大赛评分标准,选手选用砂纸不超过5张(含)不扣分;超过5张视为耗材使用不合理,以每超出一张扣0.5分的标准执行(最多扣2分)。

2 抛光液、抛光膏、侵蚀剂等器具:每一台抛光机旁均事先放置带喷嘴的抛光液、抛光膏及瓶装自来水供选手自由选用;每一个侵蚀工位上均有一托盘,内置硝酸酒精溶液、化学纯无水乙醇、竹夹2只、药棉、小烧杯2只供选手使用。每小组比赛结束后,该托盘内物品由工作人员更新。

由于砂纸的新要求,我们就开始减少磨一个样品使用的砂纸砂纸数量,控制在5张,也就是把之前干磨的砂纸减去了一张,结果我们磨了几个样品下来都不如之前的好了。然后老师就让我们不要专门要求砂纸的数量,多加几道砂纸的话,如果能磨的没有划痕,这样也是不错的。

其实,金相图像的组织正确与清晰度要比划痕更重要些,所以对侵蚀的要求也是十分重要的。然而我之前用的硝酸酒精溶液(40%的硝酸酒精),都是他们配好的,直接拿来用的,而且我侵蚀的效果也一直不错,但当我自己配一次4%的硝酸酒精溶液时,我还是按照原来的侵蚀时间(大约5秒)去侵蚀,结果肉眼就发现金相表面跟没有侵蚀差不多,拿到显微镜下去看,只是朦胧一片,根本看不到组织。这时才发现他们配的侵蚀液原来是40%的,可是比赛使用的是4%的,没有别的办法,我们只好慢慢的研究新的侵蚀时间。经过好多次的侵蚀观察金相的组织,终于找到了合适的侵蚀时间(大约25秒)。由于在侵蚀这一方面下的功夫也比较多,所以我侵蚀的基本上都很不错。

经过快一个月的训练,从我最后几次的磨完的样品来看,我的样品侵蚀的都还行,平整度也可以,唯一的问题就是划痕(有时的划痕会很少,有时却很多)。尽管我按照他们磨的划痕少的方法去磨样,但有时还是会出现较多的细划痕。

二:参加比赛

到达昆明的当天下午,我们在老师的带领下就去了比赛场地,在那里我们主要是适应新的比赛场地,然后学会使用新的工具,最主要的是要确定侵蚀液的侵蚀时间(和我们在学校的侵蚀时间一样就可以了)。在那时使用显微镜时,我才发现自己居然不会使用了,老是找不到金相,试了好几次,我才知道怎么使用了(原来使用显微镜时都是已经调好了焦距,所以把样品放上去就能观察了)。第二天,我们去了其它实验室参观了一会了,有许多公司的人都在那里介绍自己公司的仪器的性能和使用方法,例如我们比赛时所使用的一种新型的显微镜——倒置型金相显微镜AE2000met

 AE2000Met金相显微镜所特有的高质量成像与优越的机械稳定性完美结合。无论是成像质量、操作舒适性,还是机械稳定性方面匀改写了国产倒置金相显微镜的新标准。每个细节都符合材料领域特殊的光学要求。 

  AE2000Met金相显微镜加JY-100金相图像分析软件可以对金属金相组织进行自动评级及比照评级。通过金相显微镜观察金属组织的组成及分布等,从而得出产品的某些性能(如机械性能、热处理工艺缺陷,原材料缺陷等),从而为生产提供直接证据、改进某些工艺流程等。可以观察晶粒形貌、大小、晶界情况、组织缺陷(如位错、孪晶/层错等),从而指导分析材料内部微观结构对物理性能和机械性能的影响。

  最新光学设计的倒置金相显微镜AE2000MET,集合明场、暗场、偏光等观察方法,满足用户对金相组织晶粒度,球化率等多种专 业金相分析需求,广泛适用于金属、矿物等多种领域。

在另一个实验室里,发现了200种左右的矿石,这些矿石色彩各异,全部都密封装置着,还有就是两排打磨的仪器。然后我们又带着自己在学校带的砂纸和样品去练习了,老师还特意让我把显微镜多练习用几遍。我们操作的过程与原来的相比,就是把最后一步清洗的方法改变了,就是先用清水冲洗,再用酒精冲洗,最后直接用吹风机吹干就可以了(为了防止最后一步脱脂棉擦干时容易在金相表面留下少许棉絮,而造成了样品污染)。

在比赛的那天,我就按照之前的方法进行磨样,可是开始就不利,用机磨时居然有一个很小的边缘塌了一点,当看到切割痕都磨掉时,就不敢在磨了,一方面是怕导致塌陷的面积加大,另一方面更是担心时间不够,所以就收拾了一下机器,开始干磨了。当我才干磨第一张砂纸时,我旁边的参赛选手就已经刷刷的磨完了所有砂纸离开了。于是我看了一下时间,和我正常的速度差不多,所以我就淡定的磨着自己的样品,不去管其他人啥时离开的。时间快过去了半个小时了,我的样品也就磨好了,整理了一下桌面,然后就去抛光室,却看到我旁边的选手还在那是抛光着。当我抛光侵蚀后,用吹风机把手和样品吹干,在把桌面整理一下,就去样品观察室了,这时工作人员提示还有5分钟。打开显微镜,在低倍镜下,看到我的样品整体还不错,就是表面有一些细小的划痕;然后调到高倍镜下观察金相组织,能清楚的看到晶线,所以没有反工,就直接交了上去。

在比赛期间,我们都一直在大屏幕上观看其他选手的样品,在这些样品中,同样的发现了许多和我们原来一样的问题:金相表面被污染、有划痕(特别是样品边缘的划痕特别明显)、侵蚀不够而导致组织不清晰,还有个别的样品的表面明显的不平。这些问题,基本上就是金相磨样中的常见问题,从他人的不足之处发现我们自己的不足,并在下次加以改正。

  1. 磨样技巧

1)主观的因素(主要取决于个人):

  1. 耐心:磨好一个样品,需要我们长时间的训练,所以我不建议那些没有耐心的同学去参加这种比赛(在我们强化训练的一个月中,我就感觉到自己越来越不想磨了,但我还是努力地坚持了下来,不能把以前的努力都白白浪费了)。

  2. 勤奋:磨样就是靠自己长时间训练中找到磨样的感觉,也就是所使用的力度大小。

  3. 心态:比赛就是比赛,总会分出好坏,所以在比赛时一定不能受周围选手的影响,而要按照平时训练的时间的进行磨样(可以带一个手表,便于看时间)。

2)客观的因素(一些特别的技巧以及值得注意的方面):

  1. 砂纸:我们在磨样前,要把砂纸抖动几下,防止砂纸表面存在滑动的砂粒。因此,我们可以在砂纸的同一个地放反复的磨样,直到不能磨了再换一行。

  2. 力度:在湿磨时,我们不要刻意把样品用力按在砂纸上,只要砂纸与样品表面接触就可以了;干磨时从第一张到最后一张砂纸的力度要逐渐减轻,第一张的力度要稍微大些,因为湿磨产生的划痕也是稍微深的。而且每种型号钢的硬度不同,所对应的力度也是不同的。

  3. 时间:合理的安排每张砂纸使用的时间,是成功的一个重要因素。按照我自己的经验,以及和别人的交流经验来看,砂纸越细磨的时间就应该越短。粗的砂纸需要较长时间来磨,可以说是打好基础,到磨到细砂纸时,划痕就很容易磨掉了,所以细砂纸磨的时间就不能长了,不然就会加深划痕的深度,而且一不小心还可能产生新的划痕。

  4. 抛光:抛光也是需要控制力度的,抛的不好也容易产生新划痕甚至使组织受损。力度还是需要自己感知,方法到是可以讲讲。抛光时,我们把样品从抛光布的内圈到达外圈时,最好不要贴着抛光布移动着过去,而是拿起来移到另一个圆圈。

  5. 侵蚀:侵蚀的好坏直接关系到组织的清晰度,按照我们4%的硝酸酒精溶液,侵蚀时间大约在25秒。侵蚀时,最好把样品在侵蚀液中左右移动几下,防止局部侵蚀不均匀。

  6. 清洗:我们在抛光完后,可以先用自来水冲洗,再用脱脂棉擦干(我用的是氧化铝抛光液,所以会用脱脂棉在自来水下檫净金相表面的白色的氧化铝悬浮液。但是,在侵蚀过后,直接用自来水冲洗,再用无水乙醇冲洗,然后用吹风机吹干即可。

  7. 观察:在显微镜下观察样品,主要是看样品的好坏,如果不好的话而且还有足够的时间,是可以返工的(一般不建议返工)。但我们常用来观察金相侵蚀的程度,如果侵蚀时间不够,可以在快速多侵蚀几秒;如果侵蚀过度,那就得重新抛光,再侵蚀一次。

  1. 结束语

这是我参加金相技能大赛的总结,希望我的经验能够给下一届参赛的同学有所帮助。最后我也要感谢老师的指导,以及同学之间的帮助。

应用化学

黄来海




郑州轻工业学院 材料与化学工程学院 团学工作在线
分团委邮箱:hg-ftw@163.com   学生会邮箱:hgxsh01@163.com  新浪微博:@郑轻材料与化学工程学院学生会