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不锈钢金相试验所有步骤全解析
发布:s0208_2016   时间:2016/7/20 10:09:14   阅读:672 
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不锈钢的重要金相测试
1.不锈钢中δ铁素体及σ相的检测;
2.晶粒尺寸测量;
3.碳化物的分布及评估;
除此之外,金相分析还能用于不锈钢的氧化和腐蚀等方面的失效分析机理研究。
 
不锈钢金相分析制样困难之处
奥氏体不锈钢延展性较好而铁素体不锈钢柔韧性较好,因此这两种钢都易于产生机械变形。终抛光工艺通常都会使得不锈钢具有较好的反光效果,但是如果没有进行完全的预抛光,在刻蚀过程中可能会重新出现变形现象。马氏体不锈钢具有较高的硬度,抛光一般较为容易,但同样应该注意保护其中的碳化物。
 
关于不锈钢金相分析制样建议
建议对于延展性及柔韧性较好的不锈钢应避免采用非常粗糙的研磨纸,因为这样可能会导致深度变形。一般情况下,对于粗磨,应当使用与样品区域表面粗糙度一致的精制粗砂。随后通过使用金刚石在刚性盘上进行细磨;细磨后,在一块中度柔软布上进行一套完全的金刚石抛光程序,并用氧化铝或者硅胶进行最后抛光以清除细磨痕迹。这一步必须非常细致的进行,尽管可能会花费几分钟的时间。因为如果抛光处理的好则会得到更好的对比效果。
 
电解抛光
对于结构快速检验或者一些研究工作而言,电解抛光及浸蚀是对不锈钢材料进行机械抛光的可选方案之一,因为这种方法不会产生机械变形。虽然电解抛光能够为研究微观结构提供有效的帮助(如图1),但却不适合用于检测碳化物,因为碳化物容易被冲掉或者显得有所增加。
 
图1:不锈钢焊接、电解抛光与浸蚀
 
在进行电解抛光前,需要在金刚砂纸或者锡箔纸上对样品进行手工研磨,如果初始表面越精细,电解抛光效果越好。相关参数如下:
       电解液:A3;
       流速:13;
       面积:1cm2;
       电压:35V;
       时间:25秒;
 
浸蚀
浸蚀不锈钢通常需要具有一定的耐心和经验,对于浸蚀剂的选择有大量的文献可以查阅,我们建议尝试使用不同的浸蚀剂以找出适合某一特定材料的浸蚀剂。不锈钢由于具有耐蚀性,因此常常需要用到强酸以显示其结构。当对这些浸蚀剂进行处理时,应当做好相应的安全预防措施;在大多数实验中,文献中提及的浸蚀剂仍然需要根据具体的浸蚀材料做出相应的修改。为了获得良好的浸蚀效果,通常还需要对样品进行最终的全面氧化抛光处理。下面列举了几种常用且有效的浸蚀剂。
 
化学浸蚀
马氏体不锈钢:25g三硝基酚,925ml乙醇,50ml盐酸。
奥氏体不锈钢:500ml蒸馏水,300ml盐酸,200ml硝酸,50ml饱和FeCl3溶液,2.5gCuCl2;100ml水,300ml盐酸,15ml双氧水(30%);V2A浸蚀剂:100ml盐酸,100ml水,10ml硝酸,在室温或者50℃下进行浸蚀。
 
电解浸蚀
所有不锈钢类型:10%草酸溶液;
奥氏体-铁素体双相不锈钢:40%氢氧化钠溶液;
 
结构解读
热处理对于铁素体不锈钢并不会产生影响,但其性能却会受到冷工作环境的影响。在退火条件下,其显微结构主要包括内部含有细小碳化物的铁颗粒。但是,热处理对于马氏体不锈钢具有较大的影响,通过快速冷却即可形成马氏体。回火处理也可用于对其性能进行优化。根据热处理工艺的不同,其微观结构会在纯马氏体与回火马氏体间转换。对于不同的合金及半成品通常需要设置不同的热处理温度。δ铁素体(图2)通常是一种多余的金属相,因为在700-950℃温度之间,铬含量很高,不锈钢退火时间较长,δ铁素体会转变成一种硬而脆的铁-铬合金中的δ相;通过加热到1050℃可以将其消除掉。
 
图2:含有δ铁素体的回火马氏体不锈钢,以草酸浸蚀
 
热处理对奥氏体同样不会产生影响,但快速冷却会导致产品变得较柔软。 奥氏体不锈钢的微观结构主要为以孪晶形态出现的奥氏体颗粒(如图3所示)。
 
图3:冷却工作环境下的奥氏体不锈钢出现孪晶形态;以V2A浸蚀剂浸蚀;
 
将该不锈钢置于600-700℃环境下,奥氏体颗粒内将会形成复杂的碳化物,从而导致奥氏体固体溶液中铬元素含量匮乏,因此容易遭受晶间腐蚀和氧化作用。通过减少碳含量低于0.015%,并引入微量的钛和铌元素能够有效的减小发生晶间腐蚀的可能性;因为这些元素会在铬之前形成碳化物。奥氏体在冷却条件下以及马氏体在热处理条件下均会形成δ铁素体(如图4所示)。
 
图4:含有δ铁素体的奥氏体不锈钢
 
结论
耐蚀钢通常就被称之为不锈钢,其中含有高含量的镍和铬元素。铁素体不锈钢一般较为柔软,在金相分析的制样过程中容易发生机械变形并产生划痕;此外,碳化物也难以一直保留。为了保证有效的机械抛光,建议注意以下几个方面:
1 细磨以及利用金刚石抛光过程必须认证谨慎,尽量消除粗磨过程中产生的所有变形;
2 尽量避免使用粗糙的研磨剂;
3 利用氧化铝或者硅胶进行最终氧化抛光,以得到没有任何机械变形的表面;
一般而言,对不锈钢进行化学浸蚀通常非常困难,需要用到非常强的腐蚀剂,并且操作需要极其小心。作为可选方案之一,建议采用电解抛光机浸蚀,因为这样可以得到没有任何机械变形的金属表面。
 
文章来源:docin
译者:Vince
来源:材料与测试
 
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