A metalografický rezací stroj je prvým a najdôslednejším krokom pri príprave vzorky – zlý rez spôsobuje deformáciu, poškodenie teplom alebo rozmazanie, ktoré potom žiadne leštenie nedokáže úplne odstrániť. Rozdiel medzi použiteľným prierezom a zničenou vzorkou zvyčajne spočíva v troch kontrolovateľných faktoroch: výber čepele, rýchlosť rezania a dodávka chladiacej kvapaliny.
Prečo kvalita rezania určuje výsledok celého procesu prípravy vzorky
Metalografické rezanie sa zásadne líši od hrubého rezania – cieľom je odstrániť materiál s minimálnou mechanickou deformáciou a minimálnym tepelným príkonom, pretože obe môžu zmeniť skúmanú mikroštruktúru. Rez, ktorý zavádza deformačnú vrstvu hlbšiu, než akú môžu následné kroky brúsenia a leštenia odstrániť, zanechá pod mikroskopom viditeľné artefakty, čo vedie k zavádzajúcim záverom o štruktúre zŕn, tvrdosti alebo distribúcii fáz.
Toto je dôvod metalografický rezací strojs sú postavené skôr na abrazívnych rezných kotúčoch než na trecích pílach alebo pásových pílach – abrazívne rezanie odstraňuje materiál pomocou vysokorýchlostného brúsenia, ktoré pri správnom riadení vytvára hladký povrch s nízkou deformáciou, ktorý si vyžaduje menej následného brúsenia, aby sa dostal do oblasti záujmu.
Prispôsobenie typu rezného kotúča tvrdosti materiálu
Brúsne rezné kotúče sa zvyčajne klasifikujú podľa ich brúsneho zrna (oxid hlinitý alebo karbid kremíka) a tvrdosti spoja. Všeobecné pravidlo je pre mnohých nováčikov kontraintuitívne: tvrdšie materiály vyžadujú kolesá s mäkším spojením , pretože mäkšie spojenie rýchlejšie uvoľňuje matné brúsne zrná, čím sa neustále odhaľujú čerstvé ostré zrná, namiesto toho, aby sa kotúč glazoval a vytváral nadmerné teplo.
| Materiál | Typ brúsneho materiálu | Tvrdosť väzby |
|---|---|---|
| Mäkké neželezné (Al, Cu, mosadz) | Karbid kremíka (SiC) | Tvrdá väzba |
| Mäkká a nízkouhlíková oceľ | Oxid hlinitý (Al2O3) | Stredná väzba |
| Kalená oceľ, nástrojová oceľ | Oxid hlinitý (Al2O3) | Mäkká väzba |
| Keramika, kompozity | Diamant alebo CBN | Živica alebo kovová väzba |
Pre veľmi tvrdé alebo krehké materiály, ako sú spekané karbidy, keramika a elektronické súčiastky, sú potrebné diamantové alebo CBN (kubický nitrid bóru) kotúče, pretože bežné kotúče z oxidu hlinitého alebo karbidu kremíka sa príliš rýchlo opotrebúvajú a vytvárajú nadmerné teplo.
Rýchlosť rezania, rýchlosť posuvu a ich úloha pri vytváraní tepla
Väčšina laboratórnych metalografických fréz pracuje s otáčkami kotúča v rozsahu 1 500 – 5 000 ot./min s optimálnou rýchlosťou v závislosti od priemeru kotúča a materiálu. Väčší priemer kotúča vo všeobecnosti vyžaduje nižšie otáčky za minútu na udržanie rovnakej obvodovej reznej rýchlosti, čo je parameter, ktorý v skutočnosti riadi činnosť rezania a tvorbu tepla.
- Vyššie rýchlosti posuvu skracujú celkový čas rezania, ale zvyšujú riziko lokálneho prehriatia a spálenia, najmä na materiáloch citlivých na teplo
- Nižšie rýchlosti posuvu vedú k čistejšiemu rezu s menšou deformáciou, ale predlžujú čas cyklu a môžu zvýšiť opotrebovanie kotúča, ak príliš pomalý spôsobí zasklenie
- Automatické ovládanie posuvu, dostupné na väčšine presných rezacích strojov, udržuje konštantnú silu na kotúč bez ohľadu na vstup operátora – dôležité pre reprodukovateľnosť naprieč viacerými vzorkami
- Pulzné alebo oscilačné režimy rezania znižujú nepretržité hromadenie tepla pri zliatinách citlivých na teplo krátkym zatiahnutím kotúča v intervaloch, aby sa umožnilo chladeniu prepláchnuť zónu rezu
Systémy prívodu chladiacej kvapaliny a prečo je prietok rovnako dôležitý ako typ chladiacej kvapaliny
Chladiaca kvapalina slúži pri metalografickom rezaní na dva účely: odstraňuje teplo z oblasti rezu a odplavuje abrazívne nečistoty, ktoré by inak upchali kotúč a znížili účinnosť rezania. Vo vode rozpustné chladivá s inhibítormi korózie sú štandardné pre železné materiály, zatiaľ čo špeciálne chladivá sa používajú pre materiály citlivé na pôsobenie vody, ako sú zliatiny horčíka, ktoré môžu reagovať s kvapalinami na vodnej báze.
Prietok a umiestnenie trysky sú často podceňované faktory. Prúd chladiacej kvapaliny, ktorý priamo necieli na rozhranie kotúč-obrobok, poskytuje minimálny prínos chladenia bez ohľadu na celkový objem – väčšina presných rezačiek používa dvojité trysky umiestnené na oboch stranách kotúča, aby sa zabezpečilo pokrytie celého rezu, najmä keď kotúč postupuje hlbšie do hrubších vzoriek.
Vzorové upnutie a upevnenie pre konzistentné, opakovateľné rezy
Nekonzistentné upnutie je častým, ale prehliadaným zdrojom chýb pri reze. Vzorka, ktorá sa pri rezaní čo i len mierne posunie, môže spôsobiť vychýlenie kotúča, čo vedie k zvlnenému alebo šikmému povrchu rezu, čo komplikuje montáž a brúsenie. Svorky v štýle zverákov s nastaviteľnými čeľusťovými vložkami sa prispôsobujú nepravidelným tvarom, zatiaľ čo upínacie prvky s V-blokom sú uprednostňované pre valcové vzorky, ako sú prierezy tyče alebo rúrky, aby sa zabránilo otáčaniu pri reznej sile.
Pre malé alebo krehké vzorky – tenké plechy, drôty alebo krehkú keramiku – sa často používajú sekundárne podporné prípravky alebo obetný podkladový materiál, aby sa zabránilo prasknutiu vzorky alebo jej vymršteniu zo svorky, keď kotúč vychádza z rezu. Maximálna rezná kapacita, zvyčajne špecifikovaná ako najväčší priemer vzorky alebo prierez, ktorý môže stroj pojať, by sa mala porovnať s typickou veľkosťou vzorky, pretože jej prekročenie si vynúti viacnásobné premiestnenie rezov, čo zvyšuje možnosť nesúosovosti medzi reznými plochami.
