金属材料的晶粒大小称为晶粒度,评定晶粒粗细的方法称为晶粒度的评定。钢的晶粒度具有3个不同的概念,分别是钢的起始晶粒度、实际晶粒度和奥氏体本质晶粒度。起始晶粒度是指钢刚完成奥氏体化过程时具有的奥氏体的晶粒度;实际晶粒度是指从出厂钢材上截取试样所测得的某一种热加工条件下所获得的晶粒大小;而奥氏体本质晶粒度则是将钢加热到一定温度并保温足够时间后所具有的奥氏体晶粒大小。
晶粒度是晶粒大小的量度,通常使用长度、面积或体积来表示不同方法评定或测定晶粒的大小,而利用锻件晶粒度级别指数表示的晶粒度与测量方法、使用单位无关。
晶粒度的显示方法
1.铁素体钢的奥氏体晶粒度
1)渗碳法。渗碳钢采用渗碳法显示奥氏体晶粒度。渗碳的试样在(930±lO)℃渗碳6h,必须获得1mm以上的渗碳层。渗碳剂必须保证在规定的温度和时间内产生过共析层。试样以缓慢的速度炉冷至,此时即可在渗碳层过共析区的奥氏体晶界上析出渗碳体网。试样经磨制和腐蚀后显示出过共析区奥氏体形貌。
2)网状铁素体法。网状铁素体法适用于碳含量为0.25%-0.6%的碳钢、碳含量为0.25%-0.5%的合金钢。若没有特别规定,一般对含碳质量分数小于或等于0.35%的钢试样加热,含碳质量分数大于0.35%的钢试样在加热,至少保温30min后空冷或水冷。在此范围内碳含量较高的碳钢和含碳质量分数超过0.4%的合金钢需要调整冷却方法,以便在奥氏体晶界上析出清晰的铁素体网。在此情况下,建议将试样在淬火温度保持必要的时间后将温度降至(
730±10)℃,保温lOmin后淬油或淬水。试样经磨制和侵蚀后,显示出沿原晶界分布的铁素体网。腐蚀剂可用质量分数为3%-4%硝酸酒精溶液或5%苦味酸酒精溶液。
3)氧化法。氧化法适用于含碳质量分数为0.35%-0.60%的碳钢和合金钢。此时可将试样检验面预抛光,然后将抛光面朝上置于炉中。如没有特别规定,一般在(860±10)℃加热1h,然后淬冷水或盐水。根据氧化情况,试样可适当倾斜10°-15°,以进行研磨和抛光,此时可显示出由氧化物沿晶界分布的原始奥氏体晶粒形貌。为了使显示清晰,可以用质量分数为15%的盐酸酒精溶液进行侵蚀。
4)网状渗碳体法。网状渗碳体法适用于过共析钢(一般含碳质量分数大于1%)。如果没有特别规定,均在(820±10) ℃下加热,至少保温30min,并以足够缓慢的速度随炉冷却至以下,使奥氏体晶界上析出渗碳体网。试样经磨制和侵蚀后,显示出沿晶界析出渗碳体网的原始奥氏体晶粒形貌。腐蚀剂可用质量分数为3%-4%硝酸酒精溶液或5%苦味酸酒精溶液。
5)直接淬火硬化法。如果没有特别规定,可将碳的质量分数小于或等于0.35%的钢样置于(900±10)℃下加热。碳的质量分数大于0.35%的钢样置于(860±10)℃下加热,保温lh,锻件以能够完全淬硬的冷却速度进行淬火,获得马氏体组织。经磨制和侵蚀后,显示出完全淬硬为马氏体的原始奥氏体晶粒形貌。为了清晰显示晶粒边界,腐蚀前试样可在下回火lh。腐蚀剂可用饱和苦味酸水溶液加少量环氧乙烷聚合物。
6)网状托氏体法。对于使用其他方法不易显示的共析钢,可选用适当尺寸的棒状试样进行不完全淬火,即将加热后的试样一端淬入冷水中冷却,此时存在着一个不完全淬硬的小区域。在此区域的原始奥氏体晶界将有少量细珠光体(团状托氏体)呈网络状显示出原始奥氏体晶粒形貌。网状托氏体法可用于共析成分稍高或稍低的某些钢种。腐蚀剂可用质量分数为3%-4%硝酸酒精溶液或5%苦味酸酒精溶液。
7)腐蚀法。一般淬火件可根据最粗的马氏体片长度或马氏体碳含量不均而显示的大小不同的黑白块来评定奥氏体的晶粒度。原马氏体针片可用苦味酸盐酸溶液或盐酸氧化铁酒精溶液侵蚀。
最近几年推荐应用特殊试剂侵蚀试样以显示热处理后得到的马氏体、托氏体、索氏体的原始奥氏体晶界。这种方法简便易行,结果准确可靠,但目前还未找到一种通用试剂,所以适用的钢种还很有限。
2.奥氏体钢的晶粒度。
1)奥氏体钢的实际晶粒度取决于原热处理状态。
2)考虑到奥氏体钢出现孪晶会混淆晶粒的计数,显示晶粒形貌时应采用适当的腐蚀剂,使孪晶显示尽量降到最低的程度。
3)对于稳定的奥氏体材料可将试样作阳极,于室温下在体积分数为60%-90%浓硝酸水溶液中以1-1.5V电压进行电解腐蚀。
4)对于不稳定的奥氏体材料可在480-700℃加热,使碳化物沿晶界析出,采用适合于显示碳化物的腐蚀剂来显示晶粒形貌。