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不銹鋼金相試驗所有步驟全解析
發布:s0208_2016   時間:2016/7/20 10:09:14   閱讀:2042 
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不銹鋼的重要金相測試
1.不銹鋼中δ鐵素體及σ相的檢測;
2.晶粒尺寸測量;
3.碳化物的分布及評估;
除此之外,金相分析還能用于不銹鋼的氧化和腐蝕等方面的失效分析機理研究。
 
不銹鋼金相分析制樣困難之處
奧氏體不銹鋼延展性較好而鐵素體不銹鋼柔韌性較好,因此這兩種鋼都易于產生機械變形。終拋光工藝通常都會使得不銹鋼具有較好的反光效果,但是如果沒有進行完全的預拋光,在刻蝕過程中可能會重新出現變形現象。馬氏體不銹鋼具有較高的硬度,拋光一般較為容易,但同樣應該注意保護其中的碳化物。
 
關于不銹鋼金相分析制樣建議
建議對于延展性及柔韌性較好的不銹鋼應避免采用非常粗糙的研磨紙,因為這樣可能會導致深度變形。一般情況下,對于粗磨,應當使用與樣品區域表面粗糙度一致的精制粗砂。隨后通過使用金剛石在剛性盤上進行細磨;細磨后,在一塊中度柔軟布上進行一套完全的金剛石拋光程序,并用氧化鋁或者硅膠進行最后拋光以清除細磨痕跡。這一步必須非常細致的進行,盡管可能會花費幾分鐘的時間。因為如果拋光處理的好則會得到更好的對比效果。
 
電解拋光
對于結構快速檢驗或者一些研究工作而言,電解拋光及浸蝕是對不銹鋼材料進行機械拋光的可選方案之一,因為這種方法不會產生機械變形。雖然電解拋光能夠為研究微觀結構提供有效的幫助(如圖1),但卻不適合用于檢測碳化物,因為碳化物容易被沖掉或者顯得有所增加。
 
圖1:不銹鋼焊接、電解拋光與浸蝕
 
在進行電解拋光前,需要在金剛砂紙或者錫箔紙上對樣品進行手工研磨,如果初始表面越精細,電解拋光效果越好。相關參數如下:
       電解液:A3;
       流速:13;
       面積:1cm2;
       電壓:35V;
       時間:25秒;
 
浸蝕
浸蝕不銹鋼通常需要具有一定的耐心和經驗,對于浸蝕劑的選擇有大量的文獻可以查閱,我們建議嘗試使用不同的浸蝕劑以找出適合某一特定材料的浸蝕劑。不銹鋼由于具有耐蝕性,因此常常需要用到強酸以顯示其結構。當對這些浸蝕劑進行處理時,應當做好相應的安全預防措施;在大多數實驗中,文獻中提及的浸蝕劑仍然需要根據具體的浸蝕材料做出相應的修改。為了獲得良好的浸蝕效果,通常還需要對樣品進行最終的全面氧化拋光處理。下面列舉了幾種常用且有效的浸蝕劑。
 
化學浸蝕
馬氏體不銹鋼:25g三硝基酚,925ml乙醇,50ml鹽酸。
奧氏體不銹鋼:500ml蒸餾水,300ml鹽酸,200ml硝酸,50ml飽和FeCl3溶液,2.5gCuCl2;100ml水,300ml鹽酸,15ml雙氧水(30%);V2A浸蝕劑:100ml鹽酸,100ml水,10ml硝酸,在室溫或者50℃下進行浸蝕。
 
電解浸蝕
所有不銹鋼類型:10%草酸溶液;
奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼:40%氫氧化鈉溶液;
 
結構解讀
熱處理對于鐵素體不銹鋼并不會產生影響,但其性能卻會受到冷工作環境的影響。在退火條件下,其顯微結構主要包括內部含有細小碳化物的鐵顆粒。但是,熱處理對于馬氏體不銹鋼具有較大的影響,通過快速冷卻即可形成馬氏體。回火處理也可用于對其性能進行優化。根據熱處理工藝的不同,其微觀結構會在純馬氏體與回火馬氏體間轉換。對于不同的合金及半成品通常需要設置不同的熱處理溫度。δ鐵素體(圖2)通常是一種多余的金屬相,因為在700-950℃溫度之間,鉻含量很高,不銹鋼退火時間較長,δ鐵素體會轉變成一種硬而脆的鐵-鉻合金中的δ相;通過加熱到1050℃可以將其消除掉。
 
圖2:含有δ鐵素體的回火馬氏體不銹鋼,以草酸浸蝕
 
熱處理對奧氏體同樣不會產生影響,但快速冷卻會導致產品變得較柔軟。 奧氏體不銹鋼的微觀結構主要為以孿晶形態出現的奧氏體顆粒(如圖3所示)。
 
圖3:冷卻工作環境下的奧氏體不銹鋼出現孿晶形態;以V2A浸蝕劑浸蝕;
 
將該不銹鋼置于600-700℃環境下,奧氏體顆粒內將會形成復雜的碳化物,從而導致奧氏體固體溶液中鉻元素含量匱乏,因此容易遭受晶間腐蝕和氧化作用。通過減少碳含量低于0.015%,并引入微量的鈦和鈮元素能夠有效的減小發生晶間腐蝕的可能性;因為這些元素會在鉻之前形成碳化物。奧氏體在冷卻條件下以及馬氏體在熱處理條件下均會形成δ鐵素體(如圖4所示)。
 
圖4:含有δ鐵素體的奧氏體不銹鋼
 
結論
耐蝕鋼通常就被稱之為不銹鋼,其中含有高含量的鎳和鉻元素。鐵素體不銹鋼一般較為柔軟,在金相分析的制樣過程中容易發生機械變形并產生劃痕;此外,碳化物也難以一直保留。為了保證有效的機械拋光,建議注意以下幾個方面:
1 細磨以及利用金剛石拋光過程必須認證謹慎,盡量消除粗磨過程中產生的所有變形;
2 盡量避免使用粗糙的研磨劑;
3 利用氧化鋁或者硅膠進行最終氧化拋光,以得到沒有任何機械變形的表面;
一般而言,對不銹鋼進行化學浸蝕通常非常困難,需要用到非常強的腐蝕劑,并且操作需要極其小心。作為可選方案之一,建議采用電解拋光機浸蝕,因為這樣可以得到沒有任何機械變形的金屬表面。
 
文章來源:docin
譯者:Vince
來源:材料與測試
 
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