不锈钢的金相制备

大多数不锈钢质地较软，在金相制备过程中容易变形和划伤，这使得准确的制备方法至关重要。研究如何制备可重复的金相检验用不锈钢。

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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

不锈钢是含有至少11%铬的耐腐蚀钢。在这组高合金钢中，可以确定四个主要类别:

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以及热处理的影响。

高耐腐蚀性

不锈钢的主要特点是耐腐蚀性，可以通过添加特定的合金元素来增强。这些合金元素还对材料的其他特性有进一步的有益影响，如韧性和抗氧化性。

例如，铌和钛在吸收碳形成碳化物时增加了抗晶间腐蚀的能力;硫增加了可加工性，因为它形成了小的锰硫化物，这导致了短的加工芯片。

不锈钢的金相

由于其耐腐蚀性和优异的表面光洁度，不锈钢在飞机、化学、医疗和食品工业、专业厨房、建筑甚至珠宝中发挥着重要作用。不锈钢也常用于汽车应用。

在许多生产环境中，不锈钢的金相是整体质量控制过程的重要组成部分。主要金相试验有:

粒度测量
一般组织的调查，包括马氏体、铁素体、珍珠岩或奥氏体的含量
铁素体和西格玛相的鉴定
碳化物及其分布的评价
焊缝调查

此外，金相学还用于失效分析，以研究腐蚀/氧化机制。

图1:双相钢用40%氢氧化钠溶液电解腐蚀，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

铁素体不锈钢较软;奥氏体钢具有延展性。两者在不锈钢金相制备过程中都容易发生机械变形。

最后的抛光通常会使这些钢具有很强的反射性。然而，如果它们没有彻底的预抛光，变形可能在蚀刻后再次出现。由于其硬度，马氏体钢相对容易抛光。但是，要小心保存碳化物。

图2:未充分抛光的奥氏体钢在用Beraha III抛光和蚀刻3µm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，碳化物和夹杂物的保留可能是一个问题。此外，铁素体和奥氏体不锈钢也会发生变形和划伤。

解决方案是使用彻底的金刚石抛光，最后用胶体二氧化硅或氧化铝完成抛光。

图3.1:未充分抛光的不锈钢在DIC中仍可见变形，未蚀刻
图3.2:最终抛光后的不锈钢表面，显示研磨或精磨后的变形。蚀刻Beraha III。明视野

不锈钢电解抛光

对于研究工作或不锈钢的快速一般微观结构检查，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组织有很好的效果。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:未安装的不锈钢激光焊接，用A2电解抛光，并在10%的水中用草酸腐蚀。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，强烈建议避免使用非常粗糙的研磨箔/纸和高压，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细的砂砾进行平面磨削。

抛光

任何第一步打磨的变形，如果没有通过精磨去除，都会留下痕迹。这些痕迹可以通过最后的抛光来去除，但这很耗时。
细磨应在刚性圆盘上用金刚石进行(MD-Largo)或(作为某些类型不锈钢的替代品)MD-Plan或MD-Sat布。
细磨之后，应在中等硬度的布上进行彻底的钻石抛光，然后再用胶体二氧化硅(例如:石英)进行最后的抛光。OP-S)或氧化铝(OP-A)以清除任何细微划痕。这最后一步应该非常彻底，可能需要几分钟。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

蚀刻不锈钢需要一些经验和耐心。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定期制备的特定材料的单个溶液库存。

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样品的微观结构或宏观结构在这里．

以下是一些蚀刻剂，已证明成功的日常，例行应用。

化学腐蚀

警告:在使用化学试剂时，请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
在室温或50°C蚀刻

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
在室温或50°C蚀刻

2）阿德勒蚀刻剂:
25毫升蒸馏水
50毫升盐酸
15克三氯化铁
三克四氯戊酸二铵(II)
可用于未稀释或与水或乙醇混合至1:1的不锈钢

3）
100毫升水
300毫升盐酸
15毫升过氧化氢(30%)

彩色蚀刻器Beraha II:
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800毫升蒸馏水
400毫升盐酸
48克二氟化铵
蚀刻时，在100毫升原液中加入1-2克焦亚硫酸钾

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%的氢氧化钠溶液

全不锈钢:
10%草酸水溶液

用于奥氏体钢晶粒尺寸的自动测量:
60%蒸馏水
40%硝酸

图5:奥氏体钢，在水中用硝酸电解蚀刻，只显示晶界，没有孪晶。理想的自动粒度测量

解释不锈钢的微观结构

铁素体不锈钢不响应硬化。然而，它们的性能会受到冷加工的影响。它们在室温下具有磁性。退火条件下的显微组织为铁素体晶粒，其中嵌有细碳化物。用于机械加工的铁素体钢含有大量的锰硫化物，便于自由切削。

马氏体不锈钢对热处理有反应。马氏体是通过快速冷却形成的。然后可以通过后续回火处理优化性能。这种合金具有磁性。根据热处理的不同，显微组织可以从纯马氏体结构到精细回火马氏体。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。爱游戏北京赛车

图6:经电解抛光和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delta铁素体来提高抗热裂性能。然而，delta铁素体通常是一种不需要的相，因为高铬含量的钢经过长时间的退火会使delta铁素体变成硬而脆的铁铬金属间物sigma相。加热到1050°C，随后淬火消除西格玛相及其脆性。

奥氏体不锈钢热处理不见效。相反，快速冷却会产生它们最柔软的状态。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，可能表现为孪生。

图7 - 8

图7:奥氏体钢的孪晶和偏析。彩色蚀刻与利希滕格尔和布洛赫。DIC。
图8:奥氏体钢焊缝中的三角铁素体(黑色小线)和焊缝部分较大的三角铁素体线(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，从而增加了晶间腐蚀或氧化的易感性。