著色法與硝酸酒精顯示金相組織的對比

（中車大同電力機(jī)車有限公司，山西 大同 037038）

中低碳合金鋼在熱處理過程中往往同時有貝氏體和馬氏體復(fù)相生成，傳統(tǒng)的金相試樣都用硝酸酒精溶液腐蝕，觀察時無法區(qū)分形態(tài)和形貌都十分接近的貝氏體和馬氏體組織。本文涉及的彩色金相技術(shù)采用的染色劑是由偏重亞硫酸鈉為主要成分配制的，旨在使金屬表面形成薄膜。這類薄膜性質(zhì)穩(wěn)定，有良好的反光能力，而且在不同的相、成分和位向的晶體上由于微電池作用和化合物沉積，形成不同厚度的薄膜[1]。在顯微鏡下由于發(fā)生光的干涉效應(yīng)產(chǎn)生不同色彩，從而區(qū)分各個組織以及各組織的含量[2]。

A1 鋼是出自UIC-811 標(biāo)準(zhǔn)的歐洲牌號的材料，相當(dāng)于國產(chǎn)35Mn 鋼，屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，可用于制造轉(zhuǎn)軸、螺栓、螺母、螺釘?shù)?，也可用于制造機(jī)車車軸。

35CrMo 是出自GB/T3077 標(biāo)準(zhǔn)的合金結(jié)構(gòu)鋼，有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr 高，廣泛用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的重要零件，如車輛和發(fā)動機(jī)的傳動件。

EA4T 鋼是EN13261 標(biāo)準(zhǔn)中的歐洲牌號的材料，由于其優(yōu)良的綜合性能，適用于制造重載、高速列車車軸，在歐洲已得到廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)引進(jìn)并用于電力機(jī)車上。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料為A1 鋼、35CrMo 鋼和EA4T 鋼，其化學(xué)成分分別見表1 和表2 和表3.

表1 A1 鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 35CrMo 鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 EA4T 鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.2 熱處理工藝

試驗所用的樣品是A1 鋼、35CrMo 鋼和EA4T鋼，其熱處理工藝及所對應(yīng)的樣品編號見表4.

表4 樣品編號

1.3 試驗方法

試樣磨制拋光后，采用1∶25 的硝酸酒精進(jìn)行浸蝕，并用Axiovert 40 MAT 顯微鏡進(jìn)行組織觀察，ProgRes Capture Pro 2.8.8 圖像分析儀采集黑白色圖像。

將浸蝕后的試樣再進(jìn)行磨制拋光，以去除腐蝕面。用彩色金相著色劑對試樣進(jìn)行著色，并用Axiovert 40 MAT 顯微鏡進(jìn)行組織觀察，ProgRes Capture Pro 2.8.8 圖像分析儀采集彩色圖像。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 著色劑的配制

彩色金相著色劑的配制：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10%的偏重亞硫酸鈉水溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～4%兩種的苦味酸與酒精溶液，按照1：1 的體積比進(jìn)行混合，同時加入0.2 ml～1 ml 濃度為37%～38%的濃鹽酸，充分混合后并攪拌均勻[3]。

2.2 兩種浸蝕劑下的組織比對

用1∶25 的硝酸酒精溶液和彩色金相著色劑分別對A1 鋼、35CrMo 鋼、EA4T 鋼分別進(jìn)行浸蝕，對兩種組織形貌進(jìn)行比對。

2.2.1 A1 鋼不同工藝下的組織

用1∶25 的硝酸酒精溶液浸蝕1-1 號為鐵素體、珠光體；1-2 號為淬火馬氏體；1-3 號為回火索氏體；見圖1、圖2、圖3.用著色法顯示組織顏色見表5.

圖1 1-1 號試樣顯微組織

圖2 1-2 號試樣顯微組織

2.2.2 35CrMo 鋼不同工藝下的組織

圖3 1-3 號試樣顯微組織

表5 A1 鋼彩色著色劑顯示結(jié)果

貝氏體的形態(tài)特征與其形成原因有關(guān)，一般粒狀貝氏體是低碳和中碳合金鋼以一定的速度進(jìn)行連續(xù)冷卻獲得，其形成溫度稍高于上貝氏體的形成溫度。在冷卻期間逐漸出現(xiàn)的貝氏體束較粗，給出塊狀或粒狀外形，其中不出現(xiàn)碳化物，碳從貝氏體鐵素體中分離出來，從而使殘留奧氏體穩(wěn)定，以后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而獲得貝氏體、殘留奧氏體和馬氏體同時出現(xiàn)的組織結(jié)構(gòu)，但較難辨別[4]。

用1：25 的硝酸酒精浸蝕2-1 為鐵素體、珠光體、貝氏體（其中含有馬氏體，但很難區(qū)分）；2-2 號為淬火馬氏體；3-3 號為回火索氏體；見圖4、圖5、圖6.用著色法顯示組織顏色見表6.

圖4 2-1 號試樣顯微組織

圖5 2-2 號試樣顯微組織

2.2.3 EA4T 鋼不同工藝下的組織

用1：25 的硝酸酒精浸蝕3-1 為鐵素體、珠光體、貝氏體組織；3-2 號為貝氏體、馬氏體組織；見圖7、圖8.用著色法顯示組織顏色見表7.

圖6 2-3 號試樣顯微組織

表6 35CrMo 鋼彩色著色劑顯示結(jié)果

圖7 3-1 號試樣顯微組織

圖8 3-2 號試樣顯微組織

表7 EA4T 鋼彩色著色劑顯示結(jié)果

2.2.4 不同工藝下的組織硬度見表8.

表8 不同組織硬度（HV0.1）

由表8 中數(shù)據(jù)可知，不同熱處理工藝下組織的硬度值與理論相符，說明試樣經(jīng)著色法處理后，在顯微鏡下觀察，通過色彩判定組織是可行的。

3 結(jié)論

通過著色法與常用浸蝕劑1∶25 硝酸酒精溶液腐蝕試樣組織的對比，著色法的優(yōu)點在于：

1）采用著色法顯示多相組織較1∶25 硝酸酒精溶液浸蝕反襯好，各組織呈現(xiàn)不同的色彩，輪廓清晰，層次分明，易于識別。

2）可較好的區(qū)分貝氏體細(xì)密混合組織中含量較少的馬氏體組織，對鐵素體、珠光體組織的顯示效果與傳統(tǒng)腐蝕劑1∶25 硝酸酒精溶液差別較小。

3）可對其各項組織的含量進(jìn)行定性和定量分析試驗，為調(diào)整材料的熱處理工藝參數(shù)提供依據(jù)。