摘 要:采用不同腐蚀剂对热轧态和时效态5Cr21Mn9Ni4N耐热钢进行腐蚀,研究了不同腐蚀 剂对5Cr21Mn9Ni4N钢腐蚀效果的影响。结果表明:传统的硝酸乙醇溶液无法腐蚀试样,试样表 面无任何变化;三氯化铁盐酸水溶液无法使试样显示清晰完整的组织及晶界,且存在过度腐蚀现 象;采用5gFeCl3+50mLHCl+100mLH2O腐蚀剂与10gCuSO4+15mLH2SO4+100mL HCl+5mLC3H8O3 腐蚀剂配合使用,在室温下对热轧态及时效态5Cr21Mn9Ni4N 钢进行腐蚀, 能够清晰显示材料的奥氏体组织。
关键词:5Cr21Mn9Ni4N耐热钢;奥氏体;晶界;孪晶;腐蚀剂;金相检验
中图分类号:TB31;TG115.21 标志码:A 文章编号:1001-4012(2023)03-0011-03
目前,使用最广泛的气阀钢材料为奥氏体型耐 热钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N 钢)。该钢的高温强 度、韧性、硬度较高,耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性以 及在冷热交加条件下组织的稳定性较好[1],广泛用 于制造汽车、摩托车的发动机排气阀。
耐热钢21-4N基体具有较强的耐腐蚀性,且不 同基体材料的化学成分、热处理方法及加工状态不 同,导致获得材料完整、清晰的显微组织变得困 难[2]。若使用不匹配的腐蚀剂,在光学显微镜下,会 观察到明显的晶粒晶界不完整或过度腐蚀的组织缺 陷。笔者采用不同的腐蚀剂对热轧态和时效态耐热 钢21-4N进行腐蚀,研究了不同腐蚀剂对耐热钢 21-4N腐蚀效果的影响,以获得适用于耐热钢21- 4N显微组织的腐蚀方法。
1 试验材料及制备方法
试验材料为耐热钢21-4N,其化学成分分析结 果如表1所示[3]。钢材的热处理工艺为:非真空冶 炼→精炼→电渣重熔→锻造开坯→热轧→固溶时效 处理。沿钢材轧制方向,分别截取尺寸为20mm× 15mm×10mm(长×宽×高)的热轧态和时效态试样。将试样清洗干净后,将试样待检面依次在240, 400,800,1200目的砂纸上进行机械磨制,随后在 抛光机 上 进 行 抛 光 处 理,直 至 待 检 面 光 亮 且 无 划痕[4]。
2 试验方法与结果
2.1 试验方法
试验所用腐蚀剂的成分配比以及腐蚀时间如表 2所示[5]。
2.2 试验结果
采用光学显微镜观察试样腐蚀后的基体组织[6]。图1为耐热钢21-4N经硝酸乙醇溶液腐蚀后 的显微组织形貌,可见试样腐蚀面无任何变化,未出 现显微组织,黑色微小颗粒为试样夹杂物与试样表 面的杂质。
图2为耐热钢21-4N经三氯化铁盐酸水溶液腐 蚀后的显微组织形貌,可见试样的显微组织仅显示 部分晶粒,大部分晶粒和奥氏体孪晶未能显示或显 示不清晰,且晶粒晶界十分模糊,无法辨别晶界分界 处,试样部分区域存在过度腐蚀现象,出现黑色块状 聚集。
将试样的待检面朝下,放入装有腐蚀剂1的培 养皿中,当待检面变为均匀灰色后,取出试样,依次 用自来水、无水乙醇冲洗试样并吹干[7];然后将试样 放入装有腐蚀剂2的培养皿中,停留15s,取出试 样,依次用自来水、无水乙醇冲洗试样并吹干,在光 学显微镜下观察试样,结果如图3所示。由图3可 知:试样显微组织的奥氏体晶界清晰,可明显辨别出 晶界分界处,孪晶完整,腐蚀效果良好,无过度腐蚀 现象[8]。
若观察到试样奥氏体晶界或孪晶显示不清晰, 说明腐蚀程度较浅,只需将试样再次放入腐蚀剂进 行腐蚀,腐蚀时间根据试样表面颜色和金相检验结 果确定。
新腐蚀方法的关键是能够根据奥氏体晶界和孪 晶耐腐蚀性的差异,采用两种腐蚀剂配合使用的方 法,实现奥氏体晶界与孪晶的清晰显示。
3 结论
采用5gFeCl3+50mLHCl+100mLH2O腐 蚀剂 与 10gCuSO4 +15 mL H2SO4 +100 mL HCl+5mLC3H8O3 腐蚀剂配合使用,在室温下对 热轧态和时效态耐热钢21-4N进行化学腐蚀,可获 得晶界清晰、孪晶完整、腐蚀效果良好的显微组织。
参考文献:
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