文档介绍：不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验
(参考学时课内2学时)
一、实验目的
观察与分析不锈钢焊接接头的显微组织;
了解不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
二、实验装置及实验材料
C法电解浸蚀装置1 套
金相显微镜1 台
吹风机1 个
腐蚀液稀释为10%的草酸(C2H2O4·2H2O分析纯)水溶液1000mL
实验材料
1Cr18Ni9Ti(或1Cr18Ni9)钢手弧焊或TIG焊试片6对
秒表1只
乙醇、丙醇、棉花、各号金相砂纸等若干
三、实验原理
晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象。现以18—8型奥氐体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti钢为例,来讨论晶间腐蚀的问题。
%%Ti。%,多余的碳则通过固熔处理与钛结合形成稳定的碳化物TiC。由于钛对碳的固定作用,避免了在晶界形成碳化铬,从而防止了晶间腐蚀的产生。故1Cr18Ni9Ti钢具有抗晶间腐蚀能力,一般不会产生晶间腐蚀现象。
然而在焊接接头中,情况有所不同。奥氏体不锈钢的焊接接头,通常可分为以下几个区域(见图1)
(一)焊缝金属主要为柱状树枝晶,是单相奥氏体组织还是双相组织,将取决于母材和填充金属的化学成分。
(二) 过热区加热超过1200的近缝区,晶粒有明显的长大。
(三) 敏化区加热峰值温度在600—1000的区域,组织无明显变化。对开不含稳定化元素的18—8钢,可能出现晶界碳化铬的析出。产生贫铬层,有晶问腐蚀倾向。
(四)母材金属对于含稳定化元素的18—8钢,如1Cr18Ni9Ti钢,峰值温度超过1200的过热区发生TiC分解量愈大(图2-16),从而使稳定化作用大为减弱,甚至完全消失。在随后的冷却过程中,由于碳原子的体积很小,扩散能力比钛原子强,碳原子趋于向奥氏体晶界扩散迁移,而钛原子则来不及扩散仍保留在奥氏体点阵节点上。因此,碳原子析集于晶界附近成为过饱和状态。
当上述过热区再次受到600—800中温敏化加热或长期工作在上述温度范围时,碳原子优先以很快的速度向晶界扩散。此时,铬原子的扩散速度虽比碳原子慢,但比钛原子快,且浓度也远比钛高,因而易于在晶界附近形成铬的碳化物(FeCr)23C6。温度愈高,TiC分解后合金元素碳和铬的固溶量愈多,碳化物析出量愈大(图2)。上述碳化物的铬、碳含量很高,但晶粒内部铬的扩散速度比碳的扩散速度慢,所以在形成铬的碳化物时,富集在晶界的碳,与晶粒表层的铬结合以后,晶粒中的铬不能及时均匀化,致使靠近晶界的晶粒表面一个薄层严重缺铬,铬的浓度低于临界值12%Cr(图3)。此时,奥氏体晶粒内和晶界碳化物(图3中的1、2部分)由于含铬量高而带正电位,而贫铬层(图3中的3部分)由于含铬量低于12%而带我,负电位。如果将这种具备电化学腐蚀条件的焊接接头放入腐蚀介质中,带负电位的贫铬层就会成为被消耗的阳极而遭受腐蚀。
这样,由于“高温过热”和“中温敏化”这两个依次进行的热作用过程,造成了含稳定化元素的18-8钢特殊的晶间腐蚀,这种腐蚀只发生在紧靠焊缝的过热区3—5个晶粒范围,在工件表面上较宽,向接头内部逐渐变窄,呈刀形,故又称“刀蚀”。
由此可见,“高温过热”和“中温敏化”是产生刀蚀的必要条件。对于焊接接头,“高温过