PDF《彩色金相技术的浅析与应用》

1 实验材料及方法 实验材料为五种铁碳合金材料和一种钛合金材 料,分别为:热轧态 37Mn5 钢(典型的中碳锰钢, 用于石油套管)、中温回火 65Mn 钢(弹簧钢材料)、 文章编号: 1673-9469(2017)03-0093-04 doi: 10.3969/j.issn.1673-9469.2017.03.020 河北工程大学学报(自 然科学版)

94 2017 年河北工程大学学报(自 然科学版)

94 2017 年 铸态 QT400-18L(风电用球墨铸铁材料)、热轧态 P92(火电用超超临界钢)、退火态

20 钢(亚共析 低碳钢)以及钛合金(热锻后淬火). 刻蚀方法主要采用了传统的黑白衬度金相和彩 色金相两类方法. 黑白衬度 金相采用的腐蚀剂 为5% 的HNO3 酒精试剂,主要用来观察铁碳合金 材料;

彩色金相采用了热染法和化学染色法,这两 种方法都是化学法中常用的方法.本实验中热染法 是将试样按照相应标准磨、抛后,放到开放式的箱 式炉中进行加热(温度为 500℃) ,化学染色法采用 染色剂为:试剂一:40 mL 水+1 mL 稀硝酸 +0.5 g 钼酸钠,试剂二:盐酸(35%)+ 蒸馏水 1:5 体积 比100 mL+0.5 ~

1 g 的焦亚硫酸钾.金相试样的磨 制、抛光、刻蚀过程参见国标 GB/T 13298-1991.

2 实验结果 2.1 黑白衬度 金相 用5% 的硝酸酒精溶液对

6 种材料均进行了刻 蚀,并观察了金相组织,见图 1. 由图可见, 黑白金相 对典型的铁碳合金 (37Mn

5、20 钢和 65Mn)具有较好的刻蚀效果, 图1(a) 和1(e) 中白亮色为铁素体相,暗色为珠光体 组织,并且可以观察到在 1(a) 中,铁素体和珠光体 呈带状分布,而1(e) 中铁素体呈连续网状分布;

图1(b) 为典型的回火托氏体组织.由于 P92 钢具有较 好的耐蚀性,硝酸酒精溶液对 P92 的刻蚀效果较差, 只能观察到热轧后的加工流线形态,内部的显微组 织不能显示(图1(c)).图1(d) 中黑色为石墨相, 白亮色为铁素体基体,可见,整个铁素体基体呈现 白亮色一片, 铁素体晶粒之间的晶界没有刻蚀出来. 硝酸酒精溶液对钛合金的刻蚀效果最差,不能观察 到任何组织形态(图1(f )). 2.2 试剂一(40 mL水+1 mL稀硝酸+0.5 g钼酸钠) 用试剂一对六种材料进行了刻蚀,刻蚀后的典 型的金相微观组织如图

2 所示.图2(a) 为37Mn5 钢 刻蚀后的金相组织,由图可见,珠光体组织被着色 成了蓝黑色和棕色(图中深色),铁素体仍然呈白 亮色(图中浅色).珠光体被染成蓝黑色和棕色是 由于阴极相被还原成了不同价位的钼酸根所致 [10] .

20 钢着色后的效果与 37Mn5 相同,珠光体组织同 样被染成蓝黑色(图中深色),见图 2(c).65Mn 刻 蚀后的效果与 37Mn5 和20 钢类似.图2(b) 为球墨 铸铁 QT400-18L 刻蚀后的金相组织,与 黑白衬度 金相形成明显差别的就是,采用试剂一刻蚀后清晰 地观察到了基体上不同取向铁素体晶粒之间的晶界, 可见试剂一对铁素体晶界的刻蚀具有较高的敏感性. P92 和钛合金采用试剂一刻蚀,与用硝酸酒精溶液 刻蚀基本没有差别,刻蚀效果较差. 2.3 试剂二 (盐酸 (35%) 蒸馏水=1:5体积比 (共100 mL)+0.5 ~

1 g 的焦亚硫酸钾) 试剂二刻蚀后典型的金相组织形貌见图 3.图3(a) 中,珠光体组织被着色成棕黄色 ( 图中深色),

20 钢中的珠光体被着色成蓝绿色 ( 图中深色,图3(b)),分析认为造成着色差异的原因是,刻蚀后在 珠光体或碳化物上形成的硫化物膜厚度不同所致 [9] .在刻蚀时,试样中的某些相或区域与刻蚀液发 生化学或电化学反应,反应产物在试样表面形成一 层薄膜,通过光学干涉效应,试样表面呈现不同的 图1 黑白衬度 金相;