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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。 1Cr18Ni9Ti钢含0.02%C和0.8%Ti。碳在室温奥氏体中的最大溶解度低于0.03%，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，“高温过热”这一条件是由焊接热作用过程自然形成的，因此只需要进行一次“中温敏化”处理，就可根据GB1223-75标准进行晶间腐蚀试验。 四、实验方法及步骤 无论是晶间腐蚀还是刀蚀，都是经过腐蚀介质作用之后才发生的。为了确定产品在使用条件下是否有足够的抗晶间腐蚀和抗刀蚀的能力，必须在产品焊接之前，先用相同的材料在相同的工艺条件下焊出试样，经腐蚀试验合格后才正式投产。腐蚀试验最理想的方法，是在产品实际工作条件下 (包括工作温度、介质等)进行长时间的试验，但由于周期太长，故通常是在实验室进行小型试样的加速试验。 (一)试验方法 根据国家标准GBl223-75试验晶间腐蚀倾向的方法共有五种，对于18-8钢主要采用C法、T法和X法三种试验方法。 1、C法草酸电解浸蚀试验，又称草酸阳极腐蚀试验，实验装置如图4所示。图中不锈钢容器接电源的负极。若采用玻璃烧杯作容器，则负极端接一厚度为lmm左右的不锈钢薄板，并放置于杯底，腐蚀液采用10%的草酸水溶液。该试验简单、方便、迅速，一般不超过两分钟，但不如其它试验方法严格，常作为其它试验方法前的筛选试验方法 (不适用于含钼、钛的不锈耐酸钢)，也可做为独立的无损检验方法。 2.T-法铜屑、硫酸铜和硫酸沸腾试验。该试验方法是将规定尺寸的试样放在加有铜屑的硫酸铜和硫酸的水溶液中沸腾24小时，然后弯曲成90度，用10倍放大镜观察，以不出现横向裂纹为合格，或在金相显微镜下规察，如发现晶有明显的腐蚀痕迹