一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法
【專利摘要】一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法，屬于金相組織分析檢驗【技術領域】。工藝步驟為：連鑄坯試樣的熱處理：將齒輪鋼連鑄坯試樣在奧氏體化溫度Ac3+50～100℃保溫30-60min，然后隨爐冷卻到珠光體轉變溫度Ar1-30～50℃保溫2h，使其奧氏體完全分解，最終隨爐冷卻到室溫；將冷卻到室溫的連鑄坯試樣砂輪打磨，去除氧化鐵皮和脫碳層，然后研磨拋光；將研磨拋光后的試樣浸入4％的硝酸酒精溶液5s，用清水沖洗表面，并吹干；利用光學顯微鏡可以清晰觀察到侵蝕后試樣的枝晶形貌。優點在于，能將齒輪鋼連鑄坯的枝晶形貌真實清晰地顯示出來，并可以測量一次枝晶間距和二次枝晶間距，為優化齒輪鋼連鑄工藝提供依據。
【專利說明】一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金相組織檢驗分析【技術領域】，尤其涉及一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法。
【背景技術】
[0002]齒輪鋼是汽車變速箱、發動機重要零部件用鋼，約占整車零部件用鋼總量的三分之一強。由于對汽車安全、節能、環保要求日趨嚴格，汽車輕量化成為發展趨勢，使齒輪自重減小，強韌性提高，所承受的負荷越來越大。因此汽車廠對齒輪鋼的質量要求越來越高。
[0003]齒輪鋼中含有較高的Mn、Cr等合金元素，在連鑄生產時，由于選分結晶作用，在凝固過程中形成枝晶及偏析，軋制后形成帶狀組織。嚴重的帶狀組織在齒輪熱處理后不但增加變形，而且易造成齒輪在滲碳處理后齒面、齒心各部位的顯微硬度差異，影響齒輪的疲勞壽命。連鑄坯的枝晶間距受鑄坯化學成分和連鑄生產工藝等因素的影響。真實、清晰的顯示連鑄坯凝固組織的偏析形貌和尺寸，為定性或者定量分析連鑄坯枝晶距等凝固組織特征，對確定連鑄鋼坯偏析與鋼材帶狀組織的關系，優化連鑄工藝，提供了尤為重要的組織圖像和判定依據。
[0004]國家標準《GB226-91鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》介紹了三種方法顯示鑄坯的低倍組織:熱酸法、冷酸法和電蝕法。通過熱酸蝕法可顯示少數鋼種連鑄坯的等軸晶和柱狀晶凝固組織，但枝晶的細節不清楚。
[0005]專利及文獻的檢索中，CN00123293.2 “連鑄鋼坯凝固組織顯示技術”，CN200610047773.0“一種顯示硅鋼凝固組織的腐蝕劑及其配制方法”以及CN102023112A“一種顯示超低碳鋼凝固枝晶組織的腐蝕劑及制備方法”等方法都是針對不同鋼種，通過調整苦味酸、氯化銅等試劑的比例，形成的一種新型腐蝕劑來侵蝕對應的鋼種枝晶。苦味酸系列的腐蝕劑需要的時間很長且對溫度敏感，成功率不高。
[0006]綜上所述，目前尚沒有一種準確、簡便、符合鋼種應用特性的連鑄坯枝晶及細節的顯示方法，采用本發明“一種齒輪鋼鑄坯枝晶的顯示方法”，可以實現依據用戶熱加工工藝狀態下，獲得高清晰度真實的枝晶形貌，同時可以定性、定量測量一次枝晶間距和二次枝晶間距。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法，以便于清晰觀察其枝晶結構。
[0008]在枝晶凝固時，枝晶干中心和外部的溶質(合金元素如錳、鉻等)濃度不同。對于齒輪鋼來說，枝晶干溶質濃度低，而枝晶間溶質濃度高，溶質元素的分布和枝晶生長的形貌是一一對應的。
[0009]溶質元素在鋼中的擴散速率差別較大，碳在固體鋼中的擴散速率遠遠高于其他元素。因此除了碳以外，其他合金元素如錳、鉻等在鑄坯中的偏析很難消除。有文獻報道，鑄坯中枝晶間距為100 μ m時，在1200°C下退火300h才能使枝晶偏析有明顯的減少。因此在較低溫度如奧氏體化溫度較短時間內加熱，合金元素的擴散可以忽略不計。
[0010]連鑄坯奧氏體化加熱，碳元素能擴散均勻，而合金元素擴散可以忽略。由于枝晶干溶質濃度低，而枝晶間溶質濃度高，導致了枝晶干奧氏體向鐵素體相變溫度較高，而枝晶間的相變溫度較低。在緩冷過程中，相變點較高的枝晶干處優先析出鐵素體，并沿著枝干長大，因此枝晶干由鐵素體組成。同時將剩余的碳排向枝晶間。枝晶間區由于接受到相鄰枝晶干的排碳，相變點更低，奧氏體更穩定。當溫度下降到Art時，過冷奧氏體轉變為珠光體，因此枝晶間由珠光體組成。
[0011]由于枝晶干由鐵素體組成，枝晶間有珠光體組成，因此可以用4%的硝酸酒精溶液將齒輪鋼連鑄坯的枝晶侵蝕出來。
[0012]根據以上原理，本發明齒輪鋼連鑄坯枝晶的顯示方法如圖1所示。工藝步驟如下:
[0013]I)連鑄還試樣的熱處理:將齒輪鋼連鑄還試樣在奧氏體化溫度Ae3+50?100°C保溫30-60min，然后隨爐冷卻到珠光體轉變溫度Art1?50°C保溫2h，使其奧氏體完全分解，最終隨爐冷卻到室溫；
[0014]2)將冷卻到室溫的連鑄坯試樣砂輪打磨(或銑)，去除氧化鐵皮和脫碳層，然后研磨拋光；
[0015]3)將研磨拋光后的試樣浸入4%的硝酸酒精溶液5s，用清水沖洗表面，并吹干；
[0016]4)利用光學顯微鏡可以清晰觀察到侵蝕后試樣的枝晶形貌。
[0017]采用本發明的顯示方法，能將齒輪鋼連鑄坯的枝晶清晰地顯示出來，并可以測量一次枝晶間距和二次枝晶間距，為優化齒輪鋼連鑄工藝提供依據。
[0018]本發明和現有技術相比取得以下效果:①采用本發明的顯示方法，能將齒輪鋼連鑄坯的枝晶清晰、準確地顯示出來，并可以測量一次枝晶間距和二次枝晶間距，為優化齒輪鋼連鑄工藝提供依據。②本方法采用4%的硝酸酒精溶液侵蝕，省去了復雜的腐蝕試劑的配制，侵蝕方法也相對簡單，侵蝕速度很快，便于檢測人員操作的規范和快捷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1齒輪鋼連鑄坯的熱處理方法。
[0020]圖2連鑄坯取樣方法。
[0021]圖3苦味酸侵蝕后連鑄還表面枝晶形貌。
[0022]圖4本發明侵蝕后連鑄還表面枝晶形貌。
[0023]圖5本發明侵蝕后連鑄坯距表面枝晶形貌的放大圖。
[0024]圖6苦味酸侵蝕后連鑄還距表面30mm處的枝晶形貌。
[0025]圖7本發明侵蝕后連鑄還距表面30mm處的枝晶形貌。
[0026]圖8苦味酸侵蝕后連鑄還1/4處的枝晶形貌。
[0027]圖9本發明侵蝕后連鑄坯1/4處的枝晶形貌。
[0028]圖10苦味酸侵蝕后連鑄坯中心的枝晶形貌。
[0029]圖11本發明侵蝕后連鑄坯中心的枝晶形貌。
【具體實施方式】
[0030]實施例1
[0031 ] 用于齒輪鋼20CrMnTiH的連鑄坯枝晶侵蝕。試樣取自20CrMnTiH尺寸為200mmX 200mm連鑄坯，將試樣切割為如圖2所示尺寸，進行熱處理。熱處理工藝為:試樣加熱至930°C保溫30min，爐冷至680°C保溫2h，隨爐冷卻到室溫。熱處理后的試樣銑去2mm，避免觀察面有脫碳。研磨拋光后，用4%硝酸酒精侵蝕。為了和本方法對比，本實施例同時采用了苦味酸系列的腐蝕劑顯示其枝晶形貌。利用光學顯微鏡分別觀察兩種方法侵蝕的連鑄坯邊部，距表面30mm、1/4處以及心部位置的枝晶形貌。
[0032]圖3給出了苦味酸侵蝕后連鑄坯表面枝晶形貌。從圖中可以看出用苦味酸能侵蝕出連鑄坯的基本形貌，表面為柱狀晶。但是二次枝晶的形貌基本沒有侵蝕出來。圖4給出了本發明侵蝕后連鑄坯表面枝晶形貌。連鑄坯表面的枝晶形貌被清晰的顯示出來。一次枝晶和二次枝晶的間距都可以準確的測量出來。圖5給出了連鑄坯表面的枝晶形貌的高倍照片。從圖中可以看出，枝晶干為鐵素體，在照片中顯示為白色，而枝晶間為珠光體，在照片中顯示為灰色。
[0033]圖6和圖7分別為苦味酸和本發明侵蝕后連鑄還距表面30mm處的枝晶形貌。從圖中可以看出用苦味酸只能侵蝕出連鑄坯距表面30mm處的基本形貌，一次枝晶能粗略看出來，而二次枝晶則完全沒有顯示出來。然而本發明不但一次枝晶和二次枝晶都清晰的顯示出來，能準確的測量其間距，甚至三次枝晶都被顯示出來了。
[0034]圖8和圖9分別為苦味酸和本發明侵蝕后連鑄坯1/4處的枝晶形貌。從圖中可以看出，1/4處為等軸晶區域。苦味酸沒能將等軸晶的邊界完全侵蝕出來，而本發明將等軸晶完全顯示出來，可以清晰測量等軸晶的尺寸。
[0035]圖10和圖11分別為苦味酸和本發明侵蝕后連鑄還中心的枝晶形貌。苦味酸同樣沒能將中心的等軸晶邊界完全侵蝕出來，而本發明將等軸晶完全顯示出來，可以清晰測量等軸晶的尺寸。通過苦味酸和本發明的顯示效果對比可以看出，本發明能簡便將齒輪鋼連鑄坯的枝晶清晰地顯示出來，并可以測量一次枝晶間距和二次枝晶間距，顯示效果優于苦味酸方法。
【權利要求】
1.一種用于齒輪鋼連鑄坯枝晶形貌的顯示方法，其特征在于:工藝步驟如下: 1)連鑄還試樣的熱處理:將齒輪鋼連鑄還試樣在奧氏體化溫度Ae3+50?100°C保溫30-60min,然后隨爐冷卻到珠光體轉變溫度Art1?50°C保溫2h，使其奧氏體完全分解，最終隨爐冷卻到室溫； 2)將冷卻到室溫的連鑄坯試樣砂輪打磨(或銑)，去除氧化鐵皮和脫碳層，然后研磨拋光; 3)將研磨拋光后的試樣浸入4%的硝酸酒精溶液5s，用清水沖洗表面，并吹干； 4)利用光學顯微鏡清晰觀察到侵蝕后試樣的枝晶形貌。
【文檔編號】G01N21/86GK104316369SQ201410539888
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】柳洋波, 崔京玉, 佟倩, 王立峰, 陳京生, 丁寧, 馬躍 申請人:首鋼總公司