一种同时显示轴承钢奥氏体晶界和晶内马氏体的方法

摘要

一种同时显示轴承钢奥氏体晶界和晶内马氏体的方法，属于金相制备技术领域。本发明先将钢材加工成边长为10～20mm的方块样，然后将加热炉温度升至1000～1100℃，然后将试样置入加热炉保温5～20min，保温结束后以0.1～0.5℃/s冷却到690～730℃，然后淬火处理。其次对试样进行粗磨、细磨和抛光处理。最后在常温下配置2～4％的硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸人硝酸酒精溶液中10～20s，当试样表面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗掉，再用吹风机将试样表面吹干，在显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内的马氏体也能够清晰的显示出来。该方法腐蚀过程步骤简单，易于操作，稳定性强，侵蚀后的效果清晰，为解决奥氏体晶粒大小和奥氏体晶内马氏体的关系提供了便利。

说明书

技术领域

本发明属于金相制备技术领域，特别涉及一种利用热处理手段制备出先共析网状碳化物 的方法对高碳铬轴承钢奥氏体晶界进行显示处理的方法。

背景技术

奥氏体晶粒尺寸和均匀程度对于钢的力学性能有着重要的影响。对于高碳铬轴承钢来 讲，细小的原始奥氏体晶粒尺寸能够有效地提高轴承钢的力学性能和疲劳寿命。细小的晶粒 能够提供更多的晶界，由于晶界强化提高了轴承钢的强度；同时具有均匀而细小奥氏体晶粒 的轴承钢将得到更加均匀和细小的板条马氏体，能够有效的提高轴承钢的韧性。此外，晶界 处原子排列不规则，微裂纹扩展到晶界处将消耗更多的能量，细小的晶粒能够有效抑制裂纹 的扩展速率。因此准确和便捷的显示钢的奥氏体晶界具有重要的意义。目前，对于奥氏体晶 界的显示方法主要有氧化法、网状铁素体法、网状珠光体法和晶界腐蚀法，其中晶界腐蚀法 比较常用。

但是，晶界腐蚀法等显示方法操作起来都比较繁琐，不仅腐蚀液的配制复杂，而且在实 际操作过程中需要在热水中长时间侵蚀，并要需要反复抛光和侵蚀，显示效果并不稳定，有 时晶界显示不够清晰。特别是针对Si含量比较高的钢种，如GCr15SiMn钢，由于Si元素 的存在，使得奥氏体晶界更加难以侵蚀。此外，常规方法仅能显示出单一的奥氏体晶界，并 无法显示出奥氏体内部的马氏体的位向和马氏体针的粗细，这些问题给高碳铬轴承钢奥氏体 晶界的显示和奥氏体晶粒大小与马氏体的关系的分析带来了困难和不便。

发明内容

本发明涉及一种利用网状碳化物显示GCr15SiMn钢奥氏体晶界的方法，通过对钢材采 取特定的热处理方法，使得先共析二次碳化物在原奥氏体晶界处析出，之后在利用简易的硝 酸酒精溶液侵蚀，即可清晰地显示奥氏体晶界处的二次碳化物网，从而表征出奥氏体晶粒的 大小。本发明解决研究GCr15SiMn高碳铬轴承钢晶粒长大实验奥氏体晶界难以侵蚀和操作 繁琐的问题，并且在简易、清晰、准确的显示出奥氏体晶界的同时，显示出了马氏体的位向 和马氏体针的粗细，这为解决奥氏体晶粒大小和奥氏体晶内马氏体的关系提供了便利。

一种同时显示轴承钢奥氏体晶界和晶内马氏体的方法，通过热处理、粗磨试样、 细磨试样、抛光和腐蚀四步完成具有珠光体形态的GCr15SiMn钢原奥氏体晶界的显示处理， 具体技术步骤如下：

(1)将钢材加工成规则形状的试样，然后将试样置入升至预定温度的加热 炉中，保温预定时间后进行缓冷处理，缓冷到特定温度后进行水淬；所述加热 炉预定温度为1000～1100℃，保温时间为5～20min；缓冷冷速为0.1～0.5℃/s， 缓冷到690～730℃然后进行淬火处理；

(2)对热处理后的试样进行粗磨、细磨和抛光，采用浸蚀液对试样进行侵 蚀，待试样表面变为灰白色后，进行清洗，吹干。

步骤(1)中，所述钢材尺寸为边长为10～20mm的方块样。

步骤(2)中所用浸蚀液质量比为：酒精：硝酸＝1:50。

步骤(2)中在常温下配置硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸入硝酸酒精溶 液中10～20s，当试样表面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗 掉，再用吹风机将试样表面吹干，在显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳 化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内的马氏体也能够清晰的显示出 来。

本发明是针对GCr15SiMn高碳铬轴承钢奥氏体晶粒长大实验奥氏体晶界难以侵蚀和操 作繁琐的问题，提供了一种可以清晰显示出其原奥氏体晶粒的简便方法，并且同时将奥氏体 晶粒内部的马氏体显示出来。通过特定的热处理方法，使得先共析二次碳化物在奥氏体晶界 处以网状的形态析出，在常温下配合硝酸酒精溶液侵蚀，根据二次碳化物和马氏体组织对侵 蚀液的耐蚀程度不同，得以将奥氏体晶界处的二次碳化物侵蚀出来，并通过二次碳化物网的 大小反映出奥氏体晶粒的大小。此种方法腐蚀过程步骤简单，易于操作，稳定性强，侵蚀后 的效果清晰，易于定量统计，从而掌握奥氏体晶粒长大规律，同时显示出了奥氏体晶粒内的 马氏体，可以定量观察马氏体与奥氏体的位向关系以及统计马氏体针的大小。

附图说明

图1：试样尺寸为10mm×10mm×10mm的GCr15SiMn钢加热温度为1000℃，保温 15min，然后以0.5℃/s冷却到690℃，水淬后的晶粒度照片。

图2：试样尺寸为15mm×15mm×15mm的GCr15SiMn钢加热温度为1000℃，保温 15min，然后以0.5℃/s冷却到710℃，水淬后的晶粒度照片。

图3：试样尺寸为20mm×20mm×20mm的GCr15SiMn钢加热温度为1100℃，保温5min， 然后以0.5℃/s冷却到710℃，水淬后的晶粒度照片。

具体实施方式

1、切取边长为10～20mm的方块样，，设定晶粒长大实验所需温度、时间参数，将加热 炉温度升至所设温度，然后将试样置入加热炉保温，保温结束后以0.1～0.5℃/s冷却到 690～730℃，然后淬火处理。

2、将试样中间切开，在240#、400#、600#、800#、1000#、1200#(即粒度分别为240 目、400目、600目、800目、1000目、1200目)金相砂纸上由粗至细进行粗磨。每次更换 砂纸之前保证试样表面无垂直于磨光方向划痕，更换砂纸时试样旋转90°角，最后经1000# 砂纸磨光。将粗磨后试样磨光面在1500#和2000#(即粒度在1500目和2000目)的砂纸上 进行水磨，水磨之后进行抛光至无划痕。抛光剂采用2.5μm金刚石抛光膏，用水做润滑剂， 最后将抛光好的试样抛干。

3、常温下配置硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸人硝酸酒精溶液中10～20s，当试样表 面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗掉，再用吹风机将试样表面吹干，在 显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内 的马氏体也能够清晰的显示出来。

试剂配方：硝酸：酒精：＝1:50。

试剂配制方法：取干净烧杯，加入20ml酒精溶液，然后加入0.4ml硝酸溶液，混合均 匀。

实施例1：

选择具有珠光体形态的GCr15SiMn钢轧材作为试样，所述GCr15SiMn钢是化学成分为： C：1.02％，Si：0.55％，Mn：1.07％，Cr：1.49％，处理方法包括以下步骤：

1、切取10mm×10mm×10mm块状试样，将晶粒长大实验的加热温度设定为1000℃， 保温15min，然后以0.5℃/s冷却到690℃，然后淬火处理。

2、将试样中间切开，在240#、400#、600#、800#、1000#、1200#(即粒度分别为240 目、400目、600目、800目、1000目、1200目)金相砂纸上由粗至细进行粗磨。每次更换 砂纸之前保证试样表面无垂直于磨光方向划痕，更换砂纸时试样旋转90°角，最后经1000# 砂纸磨光。将粗磨后试样磨光面在1500#和2000#(即粒度在1500目和2000目)的砂纸上 进行水磨，水磨之后进行抛光至无划痕。抛光剂采用2.5μm金刚石抛光膏，用水做润滑剂， 最后将抛光好的试样抛干。

3、常温下配置硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸人硝酸酒精溶液中10～20s，当试样表 面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗掉，再用吹风机将试样表面吹干，在 显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内 的马氏体也能够清晰的显示出来。

试剂配方：硝酸：酒精：＝1:50～2:50。

试剂配制方法：取干净烧杯，加入20ml酒精溶液，然后加入0.4～0.8ml硝酸溶液，混 合均匀。

实施例2：

选择具有珠光体形态的GCr15SiMn钢轧材作为试样，所述GCr15SiMn钢是化学成分为： C：1.02％，Si：0.55％，Mn：1.07％，Cr：1.49％，处理方法包括以下步骤：

1、切取15mm×15mm×15mm块状试样，将晶粒长大实验的加热温度设定为1000℃， 保温15min，然后以0.5℃/s冷却到710℃，然后淬火处理。

2、将试样中间切开，在240#、400#、600#、800#、1000#、1200#(即粒度分别为240 目、400目、600目、800目、1000目、1200目)金相砂纸上由粗至细进行粗磨。每次更换 砂纸之前保证试样表面无垂直于磨光方向划痕，更换砂纸时试样旋转90°角，最后经1000# 砂纸磨光。将粗磨后试样磨光面在1500#和2000#(即粒度在1500目和2000目)的砂纸上 进行水磨，水磨之后进行抛光至无划痕。抛光剂采用2.5μm金刚石抛光膏，用水做润滑剂， 最后将抛光好的试样抛干。

3、常温下配置硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸人硝酸酒精溶液中10～20s，当试样表 面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗掉，再用吹风机将试样表面吹干，在 显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内 的马氏体也能够清晰的显示出来。

试剂配方：硝酸：酒精：＝1:50～2:50。

试剂配制方法：取干净烧杯，加入20ml酒精溶液，然后加入0.4～0.8ml硝酸溶液，混 合均匀。

实施例3：

选择具有珠光体形态的GCr15SiMn钢轧材作为试样，所述GCr15SiMn钢是化学成分为： C：1.02％，Si：0.55％，Mn：1.07％，Cr：1.49％，处理方法包括以下步骤：

1、切取20mm×20mm×20mm块状试样，将晶粒长大实验的加热温度设定为1100℃， 保温15min，然后以0.5℃/s冷却到710℃，然后淬火处理。

2、将试样中间切开，在240#、400#、600#、800#、1000#、1200#(即粒度分别为240 目、400目、600目、800目、1000目、1200目)金相砂纸上由粗至细进行粗磨。每次更换 砂纸之前保证试样表面无垂直于磨光方向划痕，更换砂纸时试样旋转90°角，最后经1000# 砂纸磨光。将粗磨后试样磨光面在1500#和2000#(即粒度在1500目和2000目)的砂纸上 进行水磨，水磨之后进行抛光至无划痕。抛光剂采用2.5μm金刚石抛光膏，用水做润滑剂， 最后将抛光好的试样抛干。

3、常温下配置硝酸酒精溶液，将试样的抛光面浸人硝酸酒精溶液中10～20s，当试样表 面出现灰白色，用水冲洗，然后再用酒精溶液将水清洗掉，再用吹风机将试样表面吹干，在 显微镜下观察，就可以观察到清晰的网状碳化物分布在始奥氏体晶界处，同时奥氏体晶粒内 的马氏体也能够清晰的显示出来。

试剂配方：硝酸：酒精：＝1:50～2:50。

试剂配制方法：取干净烧杯，加入20ml酒精溶液，然后加入0.4～0.8ml硝酸溶液，混 合均匀。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在 不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。