CN116626023A - 热处理钢彩色金相染色剂及定量检验金相组织的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热处理钢彩色金相染色剂及利用该染色剂定量检验金相组织的方法，其中，所述热处理钢彩色金相染色剂由1.96%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

Description

热处理钢彩色金相染色剂及定量检验金相组织的方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料或其制造的零部件的金相组织检验领域，具体而言涉及热处理钢彩色金相染色剂及利用该染色剂定量检验金相组织的方法。

背景技术

随着汽车行业对材料和工艺水平要求的日益提升，发动机变速箱作为整车驱动系统的重要总成，在设计上越来越丰富地采用了各类新型特钢材料及相对的特殊热处理工艺，在质量评估阶段，除了宏观的力学性能指标，微观组织指标往往表现出来更细致化的要求。

对于汽车发动机变速箱的重要零件如自动变速箱涡轮轴等来说，严格地定义金相组织中的贝氏体形貌、分布和含量是评价汽车零部件材料及热处理工艺的重要指标，是作为工作人员用于对这类零部件质量检验、验证交货的重要依据。

然而贝氏体在普通侵蚀剂侵蚀的金相组织中，存在与其它组织较难分辨的情况。

对此，目前主要通过按特定比例混合配制得到侵蚀液来作为彩色金相染色剂。由于染色剂为混合物配制而成，需要一定的操作步骤，且对混合物中各组分之间的配比有规定，从而增加了操作工序和操作时间。

发明内容

本发明的目的在于使对金相组织的评价具备一致性和客观性。

本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它问题。

本发明通过提供一种热处理钢彩色金相染色剂及定量检验金相组织的方法来实现上述目的，具体而言，根据本发明的一个方面，提供了：

一种热处理钢彩色金相染色剂，其由1.96%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述热处理钢彩色金相染色剂由6.25%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述热处理为等温淬火热处理。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述等温淬火热处理为渗碳等温淬火热处理。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述钢为特殊钢。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述特殊钢为SAE8620特钢材料。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述热处理钢构成车辆发动机或变速箱的零部件。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种将上述任一种热处理钢彩色金相染色剂用于定量检验金相组织的方法。

可选地，根据本发明的一个实施方式，所述方法用于定量检验贝氏体组织。

可选地，根据本发明的一个实施方式，在所述焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，对所述热处理钢进行不超过30秒的侵蚀。

所提供的热处理钢彩色金相染色剂及定量检验金相组织的方法的有益之处包括：制备试剂简单、试剂环保安全、观测清晰直观、定量分析可靠，可以制作成作业指导书用于日常的金相检验和评估，且易于被供需双方接收和认可并实施操作，极大地促进了汽车产品研究开发的科学性和实践性。

附图说明

图1是经由实施例1制备的染色剂染色后的渗碳等温淬火热处理特钢材料由表及里的组织特征，其中右侧为表面；

图2是经由实施例1制备的染色剂染色后的渗碳等温淬火热处理特钢材料心部组织特征。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

根据本发明的一个方面，提供了一种热处理钢彩色金相染色剂，其由1.96%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

钢材的热处理工艺通常是为获得车辆零部件用金属材料所需的各项性能，如可以显著增强耐磨性，提升疲劳强度等。在采用不同类型的热处理工艺后，钢材呈现出不同等级的金相组织。不同等级的金相组织通常表现为具有不同的金相组织种类以及不同的各种类组织的分布、含量比例，而通过定量检验金相组织中不同种类组织的形貌、分布和含量比例反过来又可用来检验规定的热处理工艺是否合格。

通过采用根据本发明的热处理钢彩色金相染色剂，根据热处理工艺的特点，可以呈现由表及里不同金相组织下的不同的颜色，各心部组织可以被定量评价及分析。

该染色剂为单一化学成分，非混合物，识别简单，操作简单。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述热处理为等温淬火热处理。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述等温淬火热处理为渗碳等温淬火热处理。

渗碳等温淬火热处理为行业内具有相对统一认识的特殊热处理工艺，该特殊热处理工艺通常在850℃下进行，以实现车辆零部件所需性能为目的而有针对性地调整工艺中的各种加工条件。

也可采用其它各类特殊的新型的热处理工艺对钢材进行热处理。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述热处理钢构成车辆发动机或变速箱的零部件。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述钢为特殊钢。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述特殊钢为SAE8620特钢材料。

特别地，经渗碳等温淬火热处理的SAE8620特钢材料构成车辆自动变速箱涡轮轴，这类涡轮轴要求其所用材料的表面70%渗层位置的贝氏体组织含量比例达到90%以上，以满足其特定的性能需求。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述热处理钢彩色金相染色剂由6.25%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。采用该浓度范围下的焦亚硫酸钠水溶液可使贝氏体组织清晰地显现为蓝色羽毛状，从而可对贝氏体组织进行准确可靠的定量检验。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种将上述任一种热处理钢彩色金相染色剂用于定量检验金相组织的方法。

可选地，所述方法用于定量检验贝氏体组织。

其中，在6.25%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，对热处理钢进行不超过30秒的侵蚀，可以清晰地显示出贝氏体组织，为蓝色羽毛状。

在本申请说明书和权利要求书中，所有表示数量、百分数、重量份等的数字在所有情况下都应理解为由术语“大约”加以修饰。

以下将结合实施例对本发明的构思和产生的技术效果作进一步说明，以使本领域技术人员能够充分地了解本发明的目的、特征和效果。然而，本发明的范围并不局限于此。

实施例

1. 材料

本发明的实施例中所用的材料如下：

SAE J404-8620特钢材料，相当于国内牌号20CrNiMo，兴澄特钢冶炼轧制；

焦亚硫酸钠，化学纯，生产厂家广州中成化工；

去离子水，自制。

2. 测量方法

金属显微组织检验方法根据国标GB/T13298进行。

显微维氏硬度法根据国标GB/T 4342进行。

金相试验显微镜显示方法根据通则JY/T012进行。

3. 试样准备

下列以采用SAE8620特钢材料的涡轮轴为例的实施例进一步描述和证明了本发明范围内的优选实施方案。所给出的实施例仅仅是说明性的，不可理解为是对本发明的限制。

除非另有指明，以下各实施例中的各步骤都在常温常压下进行。

采用SAE8620特钢材料的涡轮轴经过棒材切料，热锻成型，部分位置经过滚压、机加工等工艺流程，整体经过盐浴渗碳淬火处理，具体步骤为：先将零件加热至奥氏体化温度以上，然后在熔融的硝盐中盐浴冷却，盐浴的温度为140-180℃之间，并保温10-30分钟，使得经渗碳等温淬火处理后的SAE8620特钢材料表面70%渗层（硬化层）位置的贝氏体含量必须超过90%。

在指定油孔位置轴向横切取样，对试样进行镶嵌，对镶嵌好的试样进行砂纸打磨，依次用由粗至细的金相砂纸磨光、然后将试件放到绒布抛光机上进行操作，打开水管将绒布浸湿，用刷子将绒布表面清理，关闭水管，喷涂金相抛光膏0.5S，将试件金相抛光至镜面。

实施例1

制备染色剂

分析天平称取10g焦亚硫酸钠，置入100ml的去离子水中，充分搅拌均匀，得到9.09%浓度的焦亚硫酸钠水溶液，形成侵蚀液，作为染色剂。

试样染色

在焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，根据国标GB/T13298对准备好的试样进行不超过15秒的侵蚀，即待试样染色部分呈蓝色时，从侵蚀液中取出试样，用吹风机对侵蚀好的试样进行干燥。

金相组织观察及定量检验

根据涡轮轴性能即渗碳等温淬火的工艺要求，按显微维氏硬度法确定距离表面70%渗层（硬化层）的位置并进行硬度测试，该零件以515HV0.1为硬化层测量基准。以该硬度基准所测得的测量点即有效硬化层深度，再以此深度的70%位置作为具体贝氏体测量区域，在计算所得70%的位置进行硬度测量以便获得压痕，该测痕在显微镜下为菱形，以菱形左右两侧（垂直于试样表面）区域为贝氏体组织检验位置，区域宽度为菱形的对角线，对该视场位置的蓝色羽毛状贝氏体组织进行定量检验。

根据通则JY/T012对试样进行由表及里的检验并按不同倍数拍照。由图1所示，实施例1所制备的染色剂可以清晰地显示出由表及里地呈现出蓝色由浅入深的典型金相组织特征，其中右侧为表面，随组织类型的转变而产生不同的渐变色。贝氏体组织为蓝色，随着贝氏体含量的增加，由表及里的金相组织会逐渐变蓝，其中仔细观察可见羽毛状的贝氏体组织。如图2所示的实施例1所制备的染色剂显示出的贝氏体组织，以视场内的面积计算含量比例达到90%以上。

实施例2

制备染色剂

分析天平称取10g焦亚硫酸钠，置入50ml的去离子水中，充分搅拌均匀，得到16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液，形成侵蚀液，作为染色剂。

试样染色

在焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，根据国标GB/T13298对准备好的试样进行不超过5秒的侵蚀，即待试样染色部分呈蓝色时，从侵蚀液中取出试样，并立即用吹风机对侵蚀好的试样进行干燥观察。

金相组织观察及定量检验

根据涡轮轴性能即渗碳等温淬火的工艺要求，按显微维氏硬度法确定距离表面70%渗层（硬化层）的位置并进行硬度测试，该零件以515HV0.1为硬化层测量基准。以该硬度基准所测得的测量点即有效硬化层深度，再以此深度的70%位置作为具体贝氏体测量区域，在计算所得70%的位置进行硬度测量以便获得压痕，该测痕在显微镜下为菱形，以菱形左右两侧（垂直于试样表面）区域为贝氏体组织检验位置，区域宽度为菱形的对角线，对该视场位置的蓝色羽毛状贝氏体组织进行定量检验。根据通则JY/T012对试样进行由表及里的检验并按不同倍数拍照。经实施例2所制备的染色剂显示出的视场内的贝氏体组织含量比例达到90%以上。

实施例3

制备染色剂

分析天平称取10g焦亚硫酸钠，置入150ml的去离子水中，充分搅拌均匀，得到6.25%浓度的焦亚硫酸钠水溶液，形成侵蚀液，作为染色剂。

试样染色

在焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，根据国标GB/T13298对准备好的试样进行不超过30秒的侵蚀，即待试样染色部分呈蓝色时，从侵蚀液中取出试样，用吹风机对侵蚀好的试样进行干燥。

金相组织观察及定量检验

根据涡轮轴性能即渗碳等温淬火的工艺要求，按显微维氏硬度法确定距离表面70%渗层（硬化层）的位置并进行硬度测试，该零件以515HV0.1为硬化层测量基准。以该硬度基准所测得的测量点即有效硬化层深度，再以此深度的70%位置作为具体贝氏体测量区域，在计算所得70%的位置进行硬度测量以便获得压痕，该测痕在显微镜下为菱形，以菱形左右两侧（垂直于试样表面）区域为贝氏体组织检验位置，区域宽度为菱形的对角线，对该视场位置的蓝色羽毛状贝氏体组织进行定量检验。

根据通则JY/T012对试样进行由表及里的检验并按不同倍数拍照。经实施例3所制备的染色剂显示出的视场内的贝氏体组织含量比例达到90%以上。

综上所述，本设计重要考虑到金相等级和组织比例评价的主观性，普通的常规金相组织往往必有一定的争议性。汽车行业尤其是发动机及变速箱零部件对材料的要求日益提升，除了采用各类型特钢之外，也常采用各类特殊的新型的热处理工艺。作为零部件质量评估的重要一环，热处理后的金相检测的准确性和可观测性作为汽车零部件验收的指标往往需要流程性、系统性的说明与展示。该彩色金相染色剂具备简单操作，环保安全的特点，其侵蚀后的金相组织具备清晰直观，为渗碳等温淬火钢材及零部件金相组织及定量分析提供了可靠的保证。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行修改，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，其由1.96%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

2.根据权利要求1所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，其由6.25%至16.67%浓度的焦亚硫酸钠水溶液组成。

3.根据权利要求1所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，所述热处理为等温淬火热处理。

4.根据权利要求3所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，所述等温淬火热处理为渗碳等温淬火热处理。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，所述钢为特殊钢。

6.根据权利要求5所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，所述特殊钢为SAE8620特钢材料。

7.根据权利要求1至4、6中任一项所述的热处理钢彩色金相染色剂，其特征在于，所述热处理钢构成车辆发动机或变速箱的零部件。

8.将根据权利要求1至7中任一项所述的热处理钢彩色金相染色剂用于定量检验金相组织的方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法用于定量检验贝氏体组织。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述焦亚硫酸钠水溶液制备好后的60秒内，对所述热处理钢进行不超过30秒的侵蚀。