机械制造中的腐蚀论文(分享：一种适用于气阀用耐热钢显微组织的腐蚀方法)

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+100mLHCl+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+15mLH2SO4+100mLHCl+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:

[1]余式昌,吴申庆,燕纪全,等.我国21-4N气阀钢的研究现状和发展趋势[J].特殊钢,2004,25(5):30-33.

[2]晏尚华,曹美姣,李宁,等.固溶温度对21-4N气阀钢组织与性能的影响[J].特钢技术,2016,22(4):4-8.

[3]秦添艳.内燃机气阀用钢的发展现状[J].上海金属,2011,33(2):50-54.

[4]范杰.21-4N奥氏体气阀钢拉拔开裂原因分析[J].特钢技术,2020,26(1):22-25.

[5]班朝磊,倪俊杰,沈正军,等.316L奥氏体不锈钢金相侵蚀研究[J].实验室科学,2017,20(6):13-15.

[6]吴迎飞,孙中华,白丽娟,等.因瓦合金金相浸蚀剂的选择[J].理化检验(物理分册),2019,55(1):5-8.

[7]谷秀锐,田志强,赵英利,等.一种显示EH690海洋平台用钢原始奥氏体晶界的方法[J].理化检验(物理分册),2017,53(9):648-650.

[8]曹美姣.奥氏体气阀钢21-4N炸裂原因分析[J].特钢技术,2019,25(3):11-14,19.?

材料与测试网>期刊论文>理化检验－物理分册>59卷>3期(pp:11-13)?>