莱氏体钢共晶碳化物不均匀度金相检验新方法

长特三厂技质科　刘之伟

【摘　要】在检验莱氏体钢共晶碳化物不均匀度时，不经过淬回火处理，在退火状态下可对其直接加以浸蚀进行检验，通过机理分析与实验证明此方法切实可行。

【关键词】莱氏体；共晶碳化物；退火；浸蚀

1　引言

各种形态的莱氏体共晶碳化物，这样的共晶碳化物在钢中的分布是极不均匀的，经过锻轧等压力加工后，莱氏体组织受到一定程度的破坏，致使共晶碳化物呈明显堆集的带状或鱼骨状，这不均匀分布对莱氏体钢的工艺性能和使用性能有极大的影响，因此用以表示钢中碳化物不均匀度“共晶碳化物不均匀度”一直是考核莱氏体钢的冶金质量的重要指标，是必检项目之一。

然而，莱氏体钢共晶碳化物不均度的金相检验通常是在淬回火状态下进行，这样就要消耗大量的电力和时间，而且试样脱C，氧化比较严重，制备试样也比较困难，费时、费力、费物，为此，从检验莱氏体钢共晶碳化物不均匀度的基本原理出发，通过实验研究，寻找新的浸蚀剂，成功发现直接在交货状态-退火态下检验莱氏体钢共晶碳化物不均匀度的方法。

2　试验条件，方法及内容

2.1　试验用材料

选取我厂正常生产的Cr12Mo1V1。

2.2　试样状态及热处理

除特殊说明外，所有试样均为退火态，淬火试样系指820℃预热，1010℃加热保温10～20min空冷，200℃回火。

2.3　金相浸蚀及其选择

浸蚀剂，HNO₃，C₂H₅OH，HCl，H₂O之组合物。考虑到寻找合适的金相浸蚀剂，我们选择了5种浸蚀剂对退火态的Cr12Mo1V1进行深腐蚀，浸蚀剂配方，浸蚀时间及效果见表1，由表1可以看出，采用NO3溶液可以清晰显示Cr12Mo1V1的退火状态下共晶碳化物的不均匀分布状况，而钢中的细小的二次碳化物和共析碳化物因电学腐蚀则被隐蔽。HNO₃-H₂O溶液优于NHO₃-C2H₅OH溶液，当然对于不同的钢种，浸蚀时间的长短是需要注意的，由于莱氏体钢种类繁多，在此不一一叙述，检验时只需稍加试验，即可找到最佳浸蚀时间。

2.4　检验试场的选取

试样未经淬回火前，先制成金相样品，在圆试样直径或方试样对角线1ö4处，检验纵向的共晶碳化物不均性，进行评级后，将作过碳化物不均匀度检验的交货态进行淬回火处理，并按前述方法进行评级，将评级结果记录于表2。

3　结果讨论

3.1　金相试剂的选择，多相合金金相试样的浸蚀是一个电化学腐蚀过程，由于各相电化学行为的差异而产生的选择性腐蚀是清晰显示各相显微组织的前提。众所周知，稳定性高的试样需要采用浸蚀能力强即电化学电位高的浸蚀剂才能显示出组织，而稳定性低的试样则需选用电位低的浸蚀剂，一般而言，莱氏体钢的稳定性较高，其在常用浸蚀剂2～4%HNO₃-C₂H₅OH溶液中具有比一般中低合金更高的稳定性，为了提高共晶碳化物的衬度，唯一的办法是使基体变黑，将试样淬回火处理，隐蔽细小碳化物，其目的即在于此。如果没法使基体中细小碳化物(二次碳化物和共析碳化物)隐蔽，则同样可达到清晰显示共晶碳化物的目的。

浸蚀剂的浸蚀能力是用热力学函数-电化学电位来进行描述的，浸蚀剂由电解质、溶液、结合剂和添加剂所组成，它们都会影响浸蚀剂中，HCl、H₃PO₄、H₂SO₄溶液的电位随浓度的变化很小，只有HNO₃溶液的电位随浓度的增加而明显上升；而且，酸性浸蚀剂的电位与溶剂介电常数关系很密切，特别是HNO₃，以水作溶剂时介电常数约80，电位可达700mv，而以C₂H₅OH作溶剂时，介电常数约40，电位只有500mv左右，可见，水溶液的浸蚀能力最强。为此，我们将常用的HNO₃-C₂H₅OH溶液改成HNO₃-H₂O溶液，浸蚀效果十分令人满意，对于Cr12Mo1V1在5%HNO₃-H₂O溶液中浸蚀，轻腐蚀时基体碳化物只显示而未被腐蚀脱落，以致共晶碳化物衬度差、不明显、难以正确评级；经适度的深腐蚀脱落，在100×下基体发黑，共晶碳化物真实清晰显露出来，利于正确评级。

3.2　对比同一试样在两种热处理下的共晶碳化物不均匀度的检验结果可知，在交货(退火)状态下，用合适的浸蚀剂5%HNO₃-H₂O溶液，同样能清楚的显示碳化物的不均匀性，对不同级别，不同规格的钢材，其效果基本一致，经淬回火处理的试样，深度腐蚀后所显示的共晶碳化物的分布不均匀性的充分程度与退火状态相同。

3.3　所谓共晶碳化物不均匀度，是指莱氏体钢在铸造钢锭时所生成的网状共晶碳化物，通过压力加工使其网变形和破碎的程度，以及堆积在网上的碳化物其分散性得到改善的程度，莱氏体钢进行淬火处理时，溶于基体的碳化物不是粗大或较粗大的共晶碳化物，而是在临界温度析出的细小的二次碳化物或者共析碳化物，这些碳化物不属于考核对象，因为它们多分布于基体上，而不是在共晶碳化物的网上或者条带中，它们对共晶碳化物的不均匀度不作贡献，这就是说，检验样品经淬回火处理没有改变共晶碳化物的分布状况，即没有改变共晶碳化物的不均匀度，因此退火状态同淬回火状态下的共晶碳化物的不均匀度在理论上应该是一致的，但是，我们应该注意，试样经过淬回火处理后，检验样品原有表面(退火态下的受检面)有轻度氧化，因此，淬回火的样品在固定检测区中的检验面不完全是退火态下的同一表面，故两种热处理状态下同一样品的检验视场不完全是同一视场，导致两种状态不同一样品的碳化物分布状态不完全相同，但由于是轻度氧化两种热处理状态下的检验面为相邻的两层表面，碳化物的分布状况不会有大的变化，加之共晶碳化物的显露没有受到热处理状态的影响，所以，两种热处理状态下碳化物的分在由的不均匀性基本相当，共晶碳化物的不均匀度没有改变，用同一样品、同一评级图片对两种状态下的碳化物不均匀度评级、检验结果应该相同。(见表2)

3.4　经淬回火处理后进行碳化物的不均匀度检验，主要目的是将其基本组织转变为回火马氏体，以利于受腐蚀使其共晶碳化物醒目的呈现在黑色的基本上，衬度较明显，便于准确评价碳化物分布的不均匀性。

当然，经淬火的样品，其中大部分细小的碳化物要溶于基体，使其黑色基体上的共晶碳化物显露得更清晰，但交货态样品进行深腐蚀时，部分细小碳化物会受蚀隐蔽，或因相界受蚀扩大而掩盖，使其共晶碳化物的显露的清晰度达到淬回态基本相同的效果。

总之，具有莱氏体共晶碳化物组织的钢种，在退火关注和在淬回火状态能足以反映共晶碳化物不均匀分布特征的碳化物总量是十分接近的，所不同的是:淬、回火状态基体是回火马氏体，基体碳化物细小弥散分布，易受蚀，基体发黑衬度明显;退火状态基本是合金铁素体加较细小的碳化物数量略多于淬回火状态，不易受腐蚀，衬度在适中腐蚀时较不明显，只有在较深腐蚀才明显，因此。如果说检验共晶碳化物不均匀度时试样热处理的唯一目的是隐蔽细小碳化物提高组织衬度，那么，选择合适的浸蚀剂与合理的浸蚀工艺可以达到同样的目标，这正是本文提出的新方法的理论依据。

4　结论

a.采用5%HNO₃-H₂O溶液作浸蚀，可以清晰显示具有莱氏体组织成分的钢种的共晶碳化物不均匀度。

b.在退火状态下直接检验共晶碳化物不均匀度具有在淬回火状态下检验相同、一致的结果，这种检验方法，工艺简单、节约高效、检验结果准确可靠，可以在生产检验中推行。