不锈钢的金相制备

大多数不锈钢是柔软的，在金相制备过程中容易变形和划伤，这使得精确的制备方法至关重要。找出如何制备不锈钢进行金相检验，结果可重复。

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主要特点
研磨抛光
蚀刻
结构解释
总结

不锈钢的主要特点

不锈钢是耐腐蚀的钢，至少含有11%的铬。在这组高合金钢中，可以确定四种主要类型:

铁素体
马氏体
奥氏体
Austenitic-ferritic(双)

这些类别描述了不锈钢合金在室温下的显微组织，这在很大程度上受合金成分和热处理的影响。

耐腐蚀性能高

不锈钢的主要特点是耐蚀性，可通过添加特定的合金元素来加强。这些合金元素对材料的其他特性也有进一步的有益影响，如韧性和抗氧化性。

例如，铌和钛增加了抗晶间腐蚀的能力，因为它们吸收碳形成碳化物;硫增加了可加工性，因为它形成小的锰硫化物，这导致短的加工芯片。

不锈钢的金相学

由于不锈钢的耐腐蚀性和优越的表面光洁度，不锈钢在飞机、化工、医疗和食品行业、专业厨房、建筑甚至珠宝行业中发挥着重要作用。不锈钢也常用于汽车领域。

在许多生产环境中，不锈钢金相是整个质量控制过程的重要组成部分。主要金相检验有:

粒度测量
一般结构的研究，包括马氏体、铁素体、珍珠岩或奥氏体的含量
δ铁氧体和σ相的鉴定
碳化物及其分布的评价
焊缝的检验

此外，金相学被用于失效分析，以研究腐蚀/氧化机制。

图1:用40%氢氧化钠溶液电解腐蚀的双相钢，显示棕色奥氏体和蓝色铁素体。明亮的领域。

不锈钢的制备:研磨和抛光

铁素体不锈钢很软;奥氏体钢具有延展性。在不锈钢的金相制备过程中，两者都容易发生机械变形。

最后的抛光通常使这些钢具有很强的反射性。然而，如果它们没有完全预先抛光，变形可能在蚀刻后再次出现。由于硬度高，马氏体钢相对容易抛光。但是，应该注意保存碳化物。

图2:抛光不足的奥氏体钢在Beraha III抛光和蚀刻3 μ m后显示变形。明亮的领域。

克服不锈钢磨削和抛光的困难

在研磨和抛光过程中，碳化物和夹杂物的滞留可能是一个问题。此外，铁素体和奥氏体不锈钢也会发生变形和划痕。

解决方案是使用彻底的金刚石抛光和完全的最终抛光与胶体二氧化硅或氧化铝。

图3.1:抛光不足的不锈钢在DIC中仍可见变形，未蚀刻
图3.2:最终抛光后的不锈钢表面，显示磨削或精磨后的变形。蚀刻Beraha III。明视野

不锈钢的电解抛光

对于研究工作或快速检查不锈钢的微观结构，电解抛光和蚀刻可以替代机械抛光，因为它不会留下任何机械变形。

电解抛光对检查不锈钢的微观结构有很好的效果。然而，这个过程会溶解一些元素，如小碳化物，所以应该小心。

在电解抛光之前，样品必须在碳化硅箔/纸上研磨到500#或更细。初始表面越细，电解抛光效果越好。

图4:不锈钢激光焊接，拆装，用A2电解抛光，用草酸在水中10%蚀刻。明亮的领域。

制备方法
不锈钢电解抛光和蚀刻(在220#、500#和1000# SiC箔/纸上研磨):
电解质:A2
面积:5厘米²
电压:35v
流量:13
时间:25秒

外部蚀刻采用不锈钢蚀刻盘:
10%草酸水溶液
电压:15v
时间:60秒

不锈钢的研磨和抛光建议

磨

对于柔软和延展性的不锈钢，强烈建议使用非常粗糙的研磨箔/纸，避免高压，因为这些会导致深度变形。
作为一般规则，应使用与样品面积和表面粗糙度一致的尽可能最好的砂砾进行平面磨削。

抛光

任何变形的第一个研磨步骤，没有通过精磨去除，将留下其痕迹。这些痕迹可以通过最后的抛光去除，但这是耗时的。
细磨应在硬质圆盘上用金刚石进行(MD-Largo)或(作为某些不锈钢的替代品)MD-Plan或MD-Sat布。
在最后用胶体二氧化硅(如石英)进行抛光之前，应先在中等硬度的布料上进行彻底的钻石抛光。OP-S)或氧化铝(OP-A)以去除任何细小划痕。最后一步应该非常彻底，可能需要几分钟。一个好的最后润色可以增加更好的对比度。

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不锈钢蚀刻

蚀刻不锈钢需要一定的经验和耐心。关于蚀刻剂的文献是广泛的，我们建议您尝试各种蚀刻剂，以建立适合于实验室中定期制备的特定材料的单个溶液库存。爱游戏信誉

为了获得良好的蚀刻效果，充分的最终氧化抛光是很重要的。您可以了解更多关于如何使用蚀刻来更好地可视化您的样品的微结构或宏观结构在这里。

以下是一些在日常应用中证明成功的蚀刻剂。

化学腐蚀

注意:在使用化学试剂时，始终遵循推荐的安全预防措施。

用于马氏体钢
1）V2A蚀刻剂:
100毫升水
100毫升盐酸
10毫升硝酸
蚀刻在室温或高达50°C

2）
33毫升水
33毫升乙醇
33毫升盐酸
1.5 g氯化铜(Kalling I)

3）
100毫升水
100毫升盐酸
5g氯化铜(Kalling II)

用于奥氏体钢
1）V2A蚀刻剂:
100毫升水
100毫升盐酸
10毫升硝酸
蚀刻在室温或高达50°C

2）阿德勒蚀刻剂:
25毫升蒸馏水
50毫升盐酸
15克三氯化铁
三克四氯二铵(II)
可用于未稀释的不锈钢或与水或乙醇混合至1:1

3）
100毫升水
300毫升盐酸
15毫升过氧化氢(30%)

色彩蚀刻Beraha II:
股票的解决方案
800毫升蒸馏水
400毫升盐酸
48克双氟化铵
为了蚀刻，在100毫升的原液中加入1-2克的焦亚硫酸钾

彩色蚀刻机:
100毫升蒸馏水
20克氟化铵
0.5克焦亚硫酸钾
可用于奥氏体和双相钢

电解蚀刻

电解蚀刻
对于奥氏体-铁素体钢(双相):
20- 40%氢氧化钠水溶液

全不锈钢:
10%草酸水溶液

奥氏体钢晶粒尺寸的自动测量:
60%蒸馏水
40%硝酸

图5:水中用硝酸电解蚀刻奥氏体钢，仅显示晶界，未见孪晶。理想的自动粒度测量

解读不锈钢的微观结构

铁素体不锈钢不响应硬化。然而，冷加工会影响它们的性能。它们在室温下具有磁性。退火条件下的显微组织由嵌有细小碳化物的铁素体晶粒组成。用于加工的铁素体钢中含有大量的硫化物锰，便于自由切削。

马氏体不锈钢对热处理反应。马氏体是通过快速冷却形成的。随后的回火处理可以优化其性能。这种合金具有磁性。根据热处理的不同，组织可以从纯马氏体组织到细回火马氏体组织。不同的合金和不同尺寸的半成品需要复杂的热处理温度和时间。

图6:电解抛光和A2蚀刻的马氏体铬钢。明亮的领域。

在一些耐腐蚀钢焊缝中，需要加入一定量的三角铁氧体来提高耐热裂性能。然而，δ铁素体通常是一种不需要的相，因为高铬含量钢的长时间退火会使δ铁素体变成硬脆的铁铬金属间质σ相。加热到1050°C和随后的淬火去除sigma相和它的脆化。

奥氏体不锈钢对热处理无反应。相反，快速冷却会产生最柔软的状态。在这种状态下，它们是非磁性的，它们的性能受到冷加工的影响。这些钢的显微组织由奥氏体晶粒组成，可能出现孪晶。

图7 - 8

图7:带有孪晶和分离的奥氏体钢。彩色蚀刻与利希滕格和布洛赫。DIC。
图8:奥氏体钢焊缝中的三角铁(黑色小串)和焊缝部分较大的三角铁线(蓝灰色);用40%氢氧化钠水溶液电解蚀刻。明视野

将这些钢暴露在600-700°C的高温下，可导致奥氏体晶粒内形成复杂碳化物。这导致铬在奥氏体固溶体中的贫化，增加了晶间腐蚀或氧化的敏感性。