含氮不銹軸承鋼原始奧氏體晶界顯示方法試驗(yàn)

于蕓，王明杰，宋華華，焦晶明，劉匯河

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039)

含氮不銹軸承鋼中均勻分布著氮和碳形成的很小的粒狀碳氮化合物，類(lèi)似于高碳鉻軸承鋼的球化退火組織，而不出現(xiàn)高碳鉻不銹軸承鋼中粗大的共晶碳化物和針片狀共晶碳化物。原始奧氏體的晶粒度對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性和疲勞壽命有很大影響。但是由于含氮不銹軸承鋼的耐腐蝕性能好，傳統(tǒng)高碳鉻不銹軸承鋼的腐蝕劑不能很好地顯示出含氮不銹鋼的原始奧氏體晶界，為了更好地研究含氮不銹軸承鋼的組織和性能，通過(guò)試驗(yàn)找出能夠很好顯示含氮不銹軸承鋼淬、回火后原始奧氏體晶粒度的腐蝕劑和腐蝕方法。

1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

試樣為某鋼廠生產(chǎn)的Ф38 mm×10 mm含氮不銹軸承鋼棒料，采用真空感應(yīng)熔煉+真空自耗重熔冶煉，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。熱處理工藝為1 060 ℃淬火，保溫50 min，160 ℃×4 h回火。熱處理設(shè)備包括真空淬火爐、回火爐，型號(hào)分別為ZC2-65，130174油爐；金相圖像分析儀型號(hào)為GX51 OLYMPUS。

表1 含氮不銹軸承鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

2 試樣的腐蝕與分析

2.1 第1種腐蝕劑

采用9Cr18鋼晶粒度的腐蝕劑飽和苦味酸酒精溶液100 mL對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕。

2.1.1 腐蝕方法及結(jié)果

(1)室溫下，將磨制好的晶粒度試樣(磨面朝上)置于已配好的腐蝕液中，腐蝕時(shí)間分別為5，10，20，30和35 min。取出試樣先用清水沖洗，再放入酒精中清洗，然后在熱風(fēng)下用棉花擦凈試樣面。經(jīng)顯微鏡觀察，5個(gè)試樣均無(wú)晶界顯現(xiàn)。

(2)將腐蝕液分別加熱到30，40，50，60和70 ℃，將已磨制好的晶粒度試樣放入加熱后的腐蝕液中腐蝕10～15 min，經(jīng)顯微鏡觀察，仍然不顯示晶界。

2.1.2 分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于9Cr18鋼晶粒度的腐蝕劑，無(wú)論是延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間和改變腐蝕液溫度均不能顯示含氮不銹軸承鋼的晶界，試樣磨面干凈光亮，未見(jiàn)腐蝕痕跡，可見(jiàn)含氮不銹軸承鋼的耐腐蝕性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于9Cr18鋼。

2.2 第2種腐蝕劑

對(duì)馬氏體不銹鋼常用晶粒度的腐蝕劑之一：氫氟酸2 mL，硝酸2 mL，蒸餾水96 mL的成分進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的腐蝕劑成分見(jiàn)表2。

表2 腐蝕劑配方

2.2.1 腐蝕方法及結(jié)果

(1)室溫下，將磨制好的晶粒度試樣(磨面朝上)置于已配好的9種腐蝕液中，腐蝕時(shí)間分別為5，10，20，30和35 min。取出試樣用清水沖洗后，再放入酒精中清洗，然后在熱風(fēng)下用棉花擦凈試樣面。經(jīng)顯微鏡觀察，試樣腐蝕時(shí)間較短時(shí)，隱約地出現(xiàn)晶界，到35 min時(shí)，各種腐蝕劑腐蝕的試樣晶界局部清晰顯示(圖1)，但仍未達(dá)到評(píng)級(jí)要求。

圖1 第2種腐蝕劑腐蝕后試樣的金相組織

(2)將各腐蝕液分別加熱到30，40，50，60和 70 ℃，將已磨制好的晶粒度試樣放入加熱后的腐蝕液中腐蝕5～15 min，經(jīng)顯微鏡觀察，試樣晶界與室溫下腐蝕結(jié)果相似，均不能完整清晰地顯示含氮不銹鋼的原始奧氏體晶粒的晶界?？梢?jiàn)含氮不銹軸承鋼的耐腐蝕性要明顯優(yōu)于馬氏體不銹鋼。

2.2.2 分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于馬氏體不銹鋼常用的晶粒度腐蝕劑，即氫氟酸2 mL，硝酸2 mL，蒸餾水96 mL，無(wú)論是調(diào)整腐蝕劑的成分，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，還是提高腐蝕劑的溫度，試樣晶界都不能完整清晰地顯現(xiàn)，不能達(dá)到人工和金相分析軟件的評(píng)級(jí)要求。

2.3 第3種腐蝕劑

對(duì)馬氏體不銹鋼常用的晶粒度腐蝕劑之一：高錳酸鉀1 g，硫酸2 mL，蒸餾水98 mL成分進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后腐蝕劑的成分見(jiàn)表3。

表3 腐蝕劑配方

2.3.1 腐蝕方法及結(jié)果

(1)室溫下，將磨制好的晶粒度試樣(磨面朝上)置于已配好的9種腐蝕液中，腐蝕時(shí)間分別為5，10，20，30和35 min。取出試樣用清水沖洗后，再放入酒精中清洗，然后在熱風(fēng)下用棉花擦凈試樣面。經(jīng)顯微鏡觀察，試樣的晶界只能部分顯示，不能達(dá)到評(píng)級(jí)的要求。

(2)將配好的腐蝕液加熱到30，40，50，60和70 ℃，放入已磨制好的晶粒度試樣，熱腐蝕5～15 min，試樣腐蝕10 min時(shí)晶界已開(kāi)始顯示，但比較淺，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，晶界顯示越來(lái)越明顯；溫度在30，40和50 ℃時(shí)，加熱35 min后，晶界只能部分顯示，不能進(jìn)行評(píng)級(jí)；溫度在60 ℃時(shí)，加熱10～15 min，原始奧氏體晶界能夠清晰地顯示，如圖2所示。而溫度為70 ℃時(shí)，由于腐蝕劑的腐蝕性能較強(qiáng)，腐蝕后的試樣表面發(fā)黑，晶界不明顯，亦不能達(dá)到評(píng)級(jí)的要求。

圖2 第3種腐蝕劑腐蝕后試樣的金相組織

2.3.2 分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于馬氏體不銹鋼常用晶粒度腐蝕劑，即調(diào)整腐蝕劑的成分為高錳酸鉀1 g，硫酸2 mL，蒸餾水98 mL，加熱溫度為60 ℃，腐蝕時(shí)間為10～15 min，試樣晶界清晰完整，達(dá)到人工和金相分析軟件的評(píng)級(jí)要求。

3 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整9Cr18鋼和馬氏體不銹鋼晶粒度的腐蝕劑成分來(lái)對(duì)含氮不銹鋼試樣進(jìn)行腐蝕得出以下結(jié)論：

(1)最佳腐蝕劑配方及腐蝕方法：高錳酸鉀2 g，硫酸4 mL，蒸餾水96 mL，加熱到60 ℃，熱腐蝕10～15 min，直到能夠清晰地顯示原始奧氏體晶界為止。

(2)試驗(yàn)表明，含氮不銹鋼的耐腐蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于9Cr18鋼和馬氏體不銹鋼。