摘 要:采用不同腐蝕劑對熱軋態(tài)和時效態(tài)5Cr21Mn9Ni4N耐熱鋼進(jìn)行腐蝕,研究了不同腐蝕 劑對5Cr21Mn9Ni4N鋼腐蝕效果的影響。結(jié)果表明:傳統(tǒng)的硝酸乙醇溶液無法腐蝕試樣,試樣表 面無任何變化;三氯化鐵鹽酸水溶液無法使試樣顯示清晰完整的組織及晶界,且存在過度腐蝕現(xiàn) 象;采用5gFeCl3+50mLHCl+100mLH2O腐蝕劑與10gCuSO4+15mLH2SO4+100mL HCl+5mLC3H8O3 腐蝕劑配合使用,在室溫下對熱軋態(tài)及時效態(tài)5Cr21Mn9Ni4N 鋼進(jìn)行腐蝕, 能夠清晰顯示材料的奧氏體組織。

關(guān)鍵詞:5Cr21Mn9Ni4N耐熱鋼;奧氏體;晶界;孿晶;腐蝕劑;金相檢驗

中圖分類號:TB31;TG115.21 標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2023)03-0011-03

目前,使用最廣泛的氣閥鋼材料為奧氏體型耐 熱鋼21-4N(5Cr21Mn9Ni4N 鋼)。該鋼的高溫強(qiáng) 度、韌性、硬度較高,耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性以 及在冷熱交加條件下組織的穩(wěn)定性較好[1],廣泛用 于制造汽車、摩托車的發(fā)動機(jī)排氣閥。

耐熱鋼21-4N基體具有較強(qiáng)的耐腐蝕性,且不 同基體材料的化學(xué)成分、熱處理方法及加工狀態(tài)不 同,導(dǎo)致獲得材料完整、清晰的顯微組織變得困 難[2]。若使用不匹配的腐蝕劑,在光學(xué)顯微鏡下,會 觀察到明顯的晶粒晶界不完整或過度腐蝕的組織缺 陷。筆者采用不同的腐蝕劑對熱軋態(tài)和時效態(tài)耐熱 鋼21-4N進(jìn)行腐蝕,研究了不同腐蝕劑對耐熱鋼 21-4N腐蝕效果的影響,以獲得適用于耐熱鋼21- 4N顯微組織的腐蝕方法。

1 試驗材料及制備方法

試驗材料為耐熱鋼21-4N,其化學(xué)成分分析結(jié) 果如表1所示[3]。鋼材的熱處理工藝為:非真空冶 煉→精煉→電渣重熔→鍛造開坯→熱軋→固溶時效 處理。沿鋼材軋制方向,分別截取尺寸為20mm× 15mm×10mm(長×寬×高)的熱軋態(tài)和時效態(tài)試樣。將試樣清洗干凈后,將試樣待檢面依次在240, 400,800,1200目的砂紙上進(jìn)行機(jī)械磨制,隨后在 拋光機(jī) 上 進(jìn) 行 拋 光 處 理,直 至 待 檢 面 光 亮 且 無 劃痕[4]。

2 試驗方法與結(jié)果

2.1 試驗方法

試驗所用腐蝕劑的成分配比以及腐蝕時間如表 2所示[5]。

2.2 試驗結(jié)果

采用光學(xué)顯微鏡觀察試樣腐蝕后的基體組織[6]。圖1為耐熱鋼21-4N經(jīng)硝酸乙醇溶液腐蝕后 的顯微組織形貌,可見試樣腐蝕面無任何變化,未出 現(xiàn)顯微組織,黑色微小顆粒為試樣夾雜物與試樣表 面的雜質(zhì)。

圖2為耐熱鋼21-4N經(jīng)三氯化鐵鹽酸水溶液腐 蝕后的顯微組織形貌,可見試樣的顯微組織僅顯示 部分晶粒,大部分晶粒和奧氏體孿晶未能顯示或顯 示不清晰,且晶粒晶界十分模糊,無法辨別晶界分界 處,試樣部分區(qū)域存在過度腐蝕現(xiàn)象,出現(xiàn)黑色塊狀 聚集。

將試樣的待檢面朝下,放入裝有腐蝕劑1的培 養(yǎng)皿中,當(dāng)待檢面變?yōu)榫鶆蚧疑?取出試樣,依次 用自來水、無水乙醇沖洗試樣并吹干[7];然后將試樣 放入裝有腐蝕劑2的培養(yǎng)皿中,停留15s,取出試 樣,依次用自來水、無水乙醇沖洗試樣并吹干,在光 學(xué)顯微鏡下觀察試樣,結(jié)果如圖3所示。由圖3可 知:試樣顯微組織的奧氏體晶界清晰,可明顯辨別出 晶界分界處,孿晶完整,腐蝕效果良好,無過度腐蝕 現(xiàn)象[8]。

若觀察到試樣奧氏體晶界或?qū)\晶顯示不清晰, 說明腐蝕程度較淺,只需將試樣再次放入腐蝕劑進(jìn) 行腐蝕,腐蝕時間根據(jù)試樣表面顏色和金相檢驗結(jié) 果確定。

新腐蝕方法的關(guān)鍵是能夠根據(jù)奧氏體晶界和孿 晶耐腐蝕性的差異,采用兩種腐蝕劑配合使用的方 法,實現(xiàn)奧氏體晶界與孿晶的清晰顯示。

3 結(jié)論

采用5gFeCl3+50mLHCl+100mLH2O腐 蝕劑 與 10gCuSO4 +15 mL H2SO4 +100 mL HCl+5mLC3H8O3 腐蝕劑配合使用,在室溫下對 熱軋態(tài)和時效態(tài)耐熱鋼21-4N進(jìn)行化學(xué)腐蝕,可獲 得晶界清晰、孿晶完整、腐蝕效果良好的顯微組織。

參考文獻(xiàn):

[1] 余式昌,吳申慶,燕紀(jì)全,等.我國21-4N氣閥鋼的研 究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].特殊鋼,2004,25(5):30-33.

[2] 晏尚華,曹美姣,李寧,等.固溶溫度對21-4N氣閥鋼 組織與性能的影響[J].特鋼技術(shù),2016,22(4):4-8.

[3] 秦添艷.內(nèi)燃機(jī)氣閥用鋼的發(fā)展現(xiàn)狀[J].上海金屬, 2011,33(2):50-54.

[4] 范杰.21-4N奧氏體氣閥鋼拉拔開裂原因分析[J].特 鋼技術(shù),2020,26(1):22-25.

[5] 班朝磊,倪俊杰,沈正軍,等.316L奧氏體不銹鋼金相 侵蝕研究[J].實驗室科學(xué),2017,20(6):13-15.

[6] 吳迎飛,孫中華,白麗娟,等.因瓦合金金相浸蝕劑的 選擇[J].理化檢驗(物理分冊),2019,55(1):5-8.

[7] 谷秀銳,田志強(qiáng),趙英利,等.一種顯示EH690海洋平 臺用鋼原始奧氏體晶界的方法[J].理化檢驗(物理分 冊),2017,53(9):648-650.

[8] 曹美姣.奧氏體氣閥鋼21-4N炸裂原因分析[J].特鋼 技術(shù),2019,25(3):11-14,19.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 59卷 > 3期 (pp:11-13)>