Подготовка металлографического шлифа: от резки до финиша

Металлографический шлиф — образец с плоской зеркальной поверхностью, на которой после травления видна структура металла. Готовят его ступенями: каждая следующая убирает деформированный слой и риски от предыдущей. Ошибку ранней ступени поздняя не исправит: перегрев на резке или пропущенная зернистость проявятся на снимке, а не исчезнут при полировке.

Схема подготовки шлифа

Этап	Чем	Задача
1. Резка	отрезной круг под твёрдость материала, обильное охлаждение	вырезать образец без перегрева
2. Запрессовка	горячее прессование или холодная заливка	шайба стандартного размера, сохранённая кромка
3. Шлифование	бумага от P120–P320 до P1200–P2500 с удвоением номера или алмазные диски	убрать деформированный слой и риски резки
4. Полирование	алмазная суспензия 9 → 3 → 1 мкм, своё сукно на каждую ступень	снять риски шлифования
5. Финиш	коллоидный кремний или оксид алюминия до 0,05 мкм на мягком сукне	поверхность без наклёпа перед травлением

1. Резка: без перегрева

Резка — первый и самый ответственный этап. Если образец перегрет, структура в зоне реза изменится, и анализ покажет последствия нагрева, а не исходное состояние материала. Поэтому режут кругом, подобранным под твёрдость материала, с обильным охлаждением и умеренной подачей.

• Правило обратной твёрдости. Для твёрдых материалов — круг с мягкой связкой: он самозатачивается. Для мягких — с твёрдой, иначе круг быстро изнашивается.
• Абразив. Оксид алюминия — для сталей, карбид кремния — для цветных металлов и неметаллов, алмаз и CBN — для твёрдых и закалённых материалов.
• Признаки неправильного реза. Цвета побежалости и потемнение — перегрев, рваная кромка — неверная связка или чрезмерная подача. Такой образец лучше отрезать заново: шлифование не восстановит изменённую нагревом структуру.

Круги и СОЖ — в разделе «Резание», станки — «Отрезные станки».

2. Запрессовка: стандартная шайба и сохранённая кромка

Запрессовка превращает образец произвольной формы в шайбу, удобную для шлифования, полирования и автоматической головки. Ключевое условие — сохранённая кромка и отсутствие зазора между образцом и смолой: в зазор затекают травители и суспензии. Смолу выбирают по задаче:

• исследуете кромку, покрытие или обезуглероженный слой — состав с наполнителем, он не проседает на границе с образцом;
• нужно видеть ориентацию образца — прозрачная акриловая смола;
• для растровой электронной микроскопии — электропроводящая;
• образец не выносит нагрева и давления — холодная заливка вместо горячего прессования.

Смолы, формы и клипсы — «Смолы и аксессуары», прессы — «Оборудование для заливки и запрессовки».

3. Шлифование: с какой зернистости начинать и где остановиться

Задача шлифования — последовательно убрать деформированный слой и риски от предыдущей ступени, подготовив поверхность к полированию.

• Стартовая зернистость зависит от качества реза: после абразивной отрезки обычно P120–P320, после прецизионной — P400–P600.
• Шаг ступеней — без пропусков, примерно с удвоением номера: P320 – P600 – P1200 – P2500. Слишком большой шаг оставит риски, слишком мелкий потратит время.
• Где остановиться. Для мягких материалов и перехода на суспензию 9 мкм достаточно P1200; для твёрдых сплавов имеет смысл дойти до P2500–P4000.
• Вода. Мокрое шлифование отводит тепло, уносит продукты съёма и не даёт бумаге засаливаться. Для него нужна водостойкая основа — обычная бумага при подаче воды расслаивается.

При постоянном потоке образцов бумагу заменяют алмазными шлифовальными дисками: их зернистость не меняется по мере износа, и съём повторяем. Если критичен завал кромки — покрытия, слои, фазы разной твёрдости, — промежуточный этап ведут на композитных кругах в паре с алмазной суспензией.

Бумага — водостойкая, обычная и на клейкой основе и система CATCHY с быстрой сменой дисков.

Зернистость P и размер зерна

Зернистость бумаги маркируется по системе FEPA — буквой P и номером, по ISO 6344. Чем больше номер, тем мельче зерно:

Зернистость	Размер зерна, мкм
P120	125
P180	82
P220	68
P320	46,2
P400	35,0
P500	30,2
P600	25,8
P800	21,8
P1000	18,3
P1200	15,3
P1500	12,6
P2000	10,3
P2500	8,4

Это медианный размер зерна с допуском по стандарту (у P1000 — 18,3 ± 1 мкм), а не гарантированный размер каждого зерна: у конкретного производителя значение может отличаться. Ориентироваться стоит на маркировку P, а не на микроны.

4. Полирование алмазом: 9 → 3 → 1 мкм

Алмазная суспензия снимает риски, оставшиеся после шлифования, и формирует поверхность, пригодную для травления и оценки структуры. Дисперсность уменьшают ступенями — обычно 9, 3 и 1 мкм, при необходимости с доводкой до 0,25 мкм.

• Одно сукно — одна дисперсность. Перенос крупного абразива на финишное сукно даёт царапины.
• Сукно под ступень. Жёсткое без ворса — сразу после шлифования, суспензии 9 и 6 мкм: сохраняет плоскостность, кромку и неметаллические включения. Среднее (шёлк, текстиль, вельвет) — 3 и 1 мкм. Мягкое ворсовое — только финиш.
• Поли- или монокристалл. Поликристаллическое зерно работает агрессивнее при той же дисперсности — для твёрдых материалов и ускорения цикла. Монокристаллическое снимает мягче и равномернее — для мягких материалов и финишных ступеней.
• Расход. Сукно должно оставаться влажным, но не залитым: избыток суспензии снижает съём. С лубрикантом полирование идёт мягче, меньше вырывов на мягких фазах.

Алмазные суспензии, алмазные пасты для ручной работы, полировальные сукна.

5. Финиш: поверхность без наклёпа

Последний этап — коллоидный кремний на мягком ворсовом или химстойком сукне после ступени 1 мкм. Помимо механического съёма он даёт слабый химико-механический эффект и снимает деформированный слой. Поэтому его применяют перед травлением, при исследовании аустенитных сталей и при подготовке образцов для дифракции обратно рассеянных электронов.

• После работы образец и сукно сразу промывают: подсохшая суспензия кристаллизуется и царапает поверхность.
• С алмазными суспензиями не смешивают — под финиш выделяют отдельное сукно.

Для цветных металлов, мягких сплавов и ряда покрытий вместо алмаза берут оксид алюминия вплоть до 0,05 мкм: он даёт чистую поверхность без внедрения алмазных зёрен в мягкую матрицу.

Как понять, что шлиф готов

Требования к образцам для металлографического анализа задают ГОСТ 1778, ГОСТ 5639, ГОСТ 5640 и ASTM E3. На готовом шлифе не должно оставаться рисок от предыдущих ступеней, наклёпа и завала кромок, а между образцом и смолой — зазора.

Подбор расходников и лаборатория

Комплектуем полный набор ступеней — от отрезного круга до финишной суспензии — под ваш станок и материалы образцов и рассчитываем годовую потребность по числу образцов. Отгрузка со склада в Москве и Санкт-Петербурге, доставка по всей России. Весь раздел — «Шлифование и полирование».

Если своего оборудования нет, металлографические исследования выполнит лаборатория SPECTR-LAB: анализ микроструктуры и исследования макрошлифов.

Оборудование в каталоге: шлифовально-полировальный станок для образцов.

Читайте также: Макрошлиф и микрошлиф: что это и чем они отличаются, Величина зерна стали по ГОСТ 5639-82: номер зерна и методы определения и Неметаллические включения в стали: виды и методы определения по ГОСТ 1778-2022.

---