目前，使用最廣泛的氣閥鋼材料為奧氏體型耐熱鋼21-4N(5Cr21Mn9Ni4N鋼)。該鋼的高溫強度、韌性、硬度較高,耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性以及在冷熱交加條件下組織的穩(wěn)定性較好，廣泛用于制造汽車、摩托車的發(fā)動機排氣閥。
耐熱鋼21-4N基體具有較強的耐腐蝕性，且不同基體材料的化學成分、熱處理方法及加工狀態(tài)不同，導致獲得材料完整、清晰的顯微組織變得困難。若使用不匹配的腐蝕劑，在光學顯微鏡下，會觀察到明顯的晶粒晶界不完整或過度腐蝕的組織缺陷。來自河鋼集團鋼研總院的孫江歡、谷秀銳等研究人員采用不同的腐蝕劑對熱軋態(tài)和時效態(tài)耐熱鋼21-4N進行腐蝕，研究了不同腐蝕劑對耐熱鋼21-4N腐蝕效果的影響，以獲得適用于耐熱鋼21-4N顯微組織的腐蝕方法。
1、試驗材料及制備方法
試驗材料為耐熱鋼21-4N，鋼材的熱處理工藝為：非真空冶煉→精煉→電渣重熔→鍛造開坯→熱軋→固溶時效處理。沿鋼材軋制方向，分別截取尺寸為20mm×15mm×10mm(長×寬×高)的熱軋態(tài)和時效態(tài)試樣。將試樣清洗干凈后，將試樣待檢面依次在240，400，800，1200目的砂紙上進行機械磨制，隨后在拋光機上進行拋光處理，直至待檢面光亮且無劃痕。
2、試驗方法與結果
2.1 試驗方法
試驗所用腐蝕劑的成分配比以及腐蝕時間如表1所示。
表1 腐蝕劑的成分配比與腐蝕時間
2.2 試驗結果
采用光學顯微鏡觀察試樣腐蝕后的基體組織。圖1為耐熱鋼21-4N經硝酸乙醇溶液腐蝕后的顯微組織形貌，可見試樣腐蝕面無任何變化，未出現(xiàn)顯微組織，黑色微小顆粒為試樣夾雜物與試樣表面的雜質。
圖2為耐熱鋼21-4N經三氯化鐵鹽酸水溶液腐蝕后的顯微組織形貌，可見試樣的顯微組織僅顯示部分晶粒，大部分晶粒和奧氏體孿晶未能顯示或顯示不清晰，且晶粒晶界十分模糊，無法辨別晶界分界處，試樣部分區(qū)域存在過度腐蝕現(xiàn)象，出現(xiàn)黑色塊狀聚集。
將試樣的待檢面朝下，放入裝有腐蝕劑1的培養(yǎng)皿中，當待檢面變?yōu)榫鶆蚧疑螅〕鲈嚇樱来斡米詠硭?、無水乙醇沖洗試樣并吹干；然后將試樣放入裝有腐蝕劑2的培養(yǎng)皿中，停留15s，取出試樣，依次用自來水、無水乙醇沖洗試樣并吹干，在光學顯微鏡下觀察試樣，結果如圖3所示。由圖3可知：試樣顯微組織的奧氏體晶界清晰,可明顯辨別出晶界分界處，孿晶完整，腐蝕效果良好，無過度腐蝕現(xiàn)象。
若觀察到試樣奧氏體晶界或孿晶顯示不清晰，說明腐蝕程度較淺，只需將試樣再次放入腐蝕劑進行腐蝕，腐蝕時間根據(jù)試樣表面顏色和金相檢驗結果確定。
新腐蝕方法的關鍵是能夠根據(jù)奧氏體晶界和孿晶耐腐蝕性的差異，采用兩種腐蝕劑配合使用的方法，實現(xiàn)奧氏體晶界與孿晶的清晰顯示。
3、結論
采用5g FeCl3+50mL HCl+100mL H2O腐蝕劑與10g CuSO4+15mL H2SO4+100mL HCl+5mL C3H8O3腐蝕劑配合使用，在室溫下對熱軋態(tài)和時效態(tài)耐熱鋼21-4N進行化學腐蝕，可獲得晶界清晰、孿晶完整、腐蝕效果良好的顯微組織。
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