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不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

嘉峪檢測網        2019-09-09 17:19

清晰直觀地顯示奧氏體晶粒對于工業生產有著非常重要的意義。對晶粒長大規律的研究得到了國內外許多學者的關注,但在晶粒顯示方面還缺少系統性的研究。

 

在實際生產檢驗中,也有許多客戶提出在交貨狀態檢驗實際晶粒度的要求,但是采用傳統的浸蝕方法無法滿足要求,因而需要考慮改變原來的熱處理狀態,這不僅影響試驗結果的準確性,而且會同時影響理化檢驗周期,增加理化檢驗成本。

 

試驗材料

 

選取?22mm的同爐GCr15熱軋棒材作為試驗材料,其化學成分(質量分數)為:1.00%C,0.28%Si,0.34%Mn,1.43%Cr,0.04%Ni,0.02%Cu,0.01%Mo,0.014%P,0.02%S。試驗前將材料沿軋制方向加工成?22mm×12mm的3個圓柱形試樣,具體熱處理工藝見表1。

 

表1 試樣的熱處理工藝

不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

 

試驗方法

 

將3個試樣經研磨、拋光后進行浸蝕,1,2號試樣浸蝕后進行輕拋,并與未輕拋前進行對比。1,2號試樣所用浸蝕劑為飽和苦味酸+濃鹽酸+洗潔精,3號試樣所用浸蝕劑為鹽酸酒精溶液。

 

利用Minitab軟件的響應曲面設計功能構建可描述響應和臨界因子數之間關系的模型,用此模型查找因子的最優設置。

 

試驗的響應為晶粒度顯示清晰度,按清晰度顯示優劣評價為1~20級,最優為等級10(10以下為浸蝕過輕,10以上為浸蝕過大)。3個因子分別為浸蝕劑中洗潔精量、浸蝕時間、浸蝕液溫度,3個因子中心復合響應曲面設計總試驗數為20次,試驗方案見表2。

 

表2 響應曲面設計工作表

不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

 

試驗結果與分析

 

1、最佳浸蝕方法的確定

選取2號球化退火試樣經過研磨、拋光后按表2所示的運行序分別進行試驗,得到晶粒顯示清晰度評價值(表2中的清晰度列),經Minitab軟件分析響應曲面設計,并利用響應優化器進行參數優化,最終得到最佳浸蝕方法優化模型如圖1所示。

不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

圖1 響應曲面設計優化圖

 

由圖1可見,當改變洗潔精量、浸蝕溫度和浸蝕時間3個因子的配比時,晶粒度顯示清晰度會有相應的變化,根據需要調節3個因子的配比,當浸蝕時間為5min,浸蝕溫度為56℃,洗潔精量為25滴時,清晰度達到最為理想的10級,可以做到在最短的時間內取得最優浸蝕效果的目的。

 

同理,采取同樣的試驗設計方案分別對1號試樣進行浸蝕試驗,并利用Minitab軟件進行分析和優化,也同樣可以得到較好的浸蝕效果,最終得到的最佳浸蝕方法見表3。

 

表3 不同試樣的最佳浸蝕方法

不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

 

2、不同熱處理狀態試樣浸蝕條件對比

 

1,2號試樣所用浸蝕劑的配比略有不同(見表3),需要注意的是要在較高溫度下進行,浸蝕后顯示原奧氏體晶界。1號試樣的浸蝕時間較長,試樣浸蝕過程中的顏色變化情況是:灰黑→黑(浸蝕面有光澤)→黑(浸蝕面無光澤);2號試樣的浸蝕時間較1號試樣的時間短,試樣浸蝕過程中的顏色變化情況是:灰白→淺黃→黃→紫→藍→深灰(浸蝕面失去光澤);3號試樣只要浸入表3所示的浸蝕劑中足夠長時間,試樣浸蝕至灰白色,晶界就會顯現清晰。

 

3、浸蝕效果對比分析

不同熱處理狀態的試樣按最佳浸蝕方法浸蝕后的顯微形貌如圖2所示。

 

不同熱處理狀態下GCr15鋼的晶粒度顯示方法

圖2 不同熱處理狀態試樣按最佳浸蝕方法浸蝕后的顯微形貌

 

1,2號試樣按最佳浸蝕方法(見表3)進行浸蝕后顯示出了該狀態的組織及奧氏體晶界,如圖2a)和圖2b)所示;進行輕拋后該狀態的組織被去除,只顯示出原奧氏體晶界,如圖2c)和圖2d)所示。

 

經對比發現,1,2號試樣經浸蝕后再進行輕拋,原奧氏體晶界顯示更為清晰,需要注意的是輕拋時用力不能過大,時間不能過長,否則原奧氏體晶界也會被一同被去除,影響晶粒度評級。3號試樣按最佳浸蝕方法(見表3)進行浸蝕后直接觀察,可見比較清晰,無需再處理。

 

結論

 

(1)可以通過浸蝕的方法顯示出不同狀態鋼的原奧氏體晶界,從而確定退火、熱軋狀態GCr15鋼的實際晶粒度,突破了傳統檢驗方法無法測定退火及熱軋狀態下晶粒度的思維定式。

(2)通過試驗得到了便于生產檢驗的退火、熱軋、氧化法處理后的GCr15鋼晶粒度顯示的最佳浸蝕方法。

(3)經最佳浸蝕條件浸蝕后的球化退火及熱軋GCr15鋼試樣再進一步輕拋處理,可獲得更清晰的晶界形貌。

作者:俞亞杰,工程師,鞍鋼蒂森克虜伯汽車鋼有限公司

 

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來源:俞亞杰理化檢驗

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