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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(qiáng)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(chē)、摩托車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥。

耐熱鋼21-4N基體具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，且不同基體材料的化學(xué)成分、熱處理方法及加工狀態(tài)不同，導(dǎo)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(xué)顯微鏡下，會(huì)觀察到明顯的晶粒晶界不完整或過(guò)度腐蝕的組織缺陷。

1、試驗(yàn)材料及制備方法

試驗(yàn)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(kāi)坯→熱軋→固溶時(shí)效處理。沿鋼材軋制方向，分別截取尺寸為20mm×15mm×10mm(長(zhǎng)×寬×高)的熱軋態(tài)和時(shí)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(jìn)行機(jī)械磨制，隨后在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光處理，直至待檢面光亮且無(wú)劃痕。

2、試驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1、試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用腐蝕劑的成分配比以及腐蝕時(shí)間如表1所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用光學(xué)顯微鏡觀察試樣腐蝕后的基體組織。圖1為耐熱鋼21-4N經(jīng)硝酸乙醇溶液腐蝕后的顯微組織形貌，可見(jiàn)試樣腐蝕面無(wú)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(zhì)。

圖2為耐熱鋼21-4N經(jīng)三氯化鐵鹽酸水溶液腐蝕后的顯微組織形貌，可見(jiàn)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(wú)法辨別晶界分界處，試樣部分區(qū)域存在過(guò)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(dāng)待檢面變?yōu)榫鶆蚧疑?，取出試樣，依次用自?lái)水、無(wú)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(lái)水、無(wú)水乙醇沖洗試樣并吹干，在光學(xué)顯微鏡下觀察試樣，結(jié)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(wú)過(guò)度腐蝕現(xiàn)象。

若觀察到試樣奧氏體晶界或?qū)\晶顯示不清晰，說(shuō)明腐蝕程度較淺，只需將試樣再次放入腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，腐蝕時(shí)間根據(jù)試樣表面顏色和金相檢驗(yàn)結(jié)果確定。

新腐蝕方法的關(guān)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(shí)現(xiàn)奧氏體晶界與孿晶的清晰顯示。

3、結(jié)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(duì)熱軋態(tài)和時(shí)效態(tài)耐熱鋼21-4N進(jìn)行化學(xué)腐蝕，可獲得晶界清晰、孿晶完整、腐蝕效果良好的顯微組織。