0 前言

金相试样显微组织的显示方法多种多样, 归纳起来可分为三种方法:光学法、化学(或电化学)法和物理法^[1]。实际操作过程中, 最常用的金相试样显微组织的显示方法是化学浸蚀法^[2]最常用的化学浸蚀剂为4%的硝酸酒精溶液。

传统观念^[3]认为纯金属与单相合金的浸蚀纯粹是一个化学溶解过程, 即磨面表层的原子被溶入浸蚀剂中。在溶解过程中, 由于晶粒与晶粒之间、晶粒与晶界之间溶解速度的不同, 组织就被显示出来。浸蚀剂首先把磨面表层的非晶形层溶去, 接着就对晶界起化学溶解作用。因为在晶界上原子排列的规律性较差, 位在晶界上的原子具有较高的自由能, 所以晶界处较易浸蚀而呈沟壑。试样经过晶界浸蚀以后, 在显微镜下已显示出纯金属或固溶体的多面体晶粒, 见图 1。

若使浸蚀继续进行, 则浸蚀剂将对晶粒本身起溶解作用。金属原子的溶解多是沿着原子排列最密的面进行的, 由于磨面上每个晶粒原子排列的位向不同, 所以每一颗晶粒的溶解速度并不一致, 而且浸蚀以后每颗晶粒都将按原子排列最密的面露出表面, 也就是说每颗晶粒浸蚀后的平面与原来磨面倾斜了一定的角度。在垂直光线的照射下, 显示出明暗不一的晶粒, 见图 2。

在实际显微组织观察过程中, 所观察到的浸蚀现象与上述观念有一定的冲突。为了正确认识化学浸蚀现象, 我们进行了浸蚀试样分析。

1 显微分析

用ER50-6钢制取纵向金相试样。ER50-6钢的化学成分见表 1。

试样经过研磨、抛光后, 用4%的硝酸酒精溶液浸蚀3 s后吹干。使用光学显微镜对试样的显微组织进行观察。通过观察可以发现铁素体晶粒明暗不一, 见图 3。使用扫描电镜对图 3方框中的显微组织进行更细致地观察发现, 光学显微镜下发暗的铁素体晶粒粗糙不平, 光学显微镜下发亮的铁素体晶粒平坦光滑, 铁素体晶界处相对于晶粒内部凸起, 金属浸蚀示意图见图 4。

为了更清晰地观察晶形貌, 另取一ER50-6试样进行深蚀(15 s), 然后进行扫描电镜观察。扫描电镜下可以看到铁素体晶界处多为倒“V”字型凸起, 见图 5。

2 分析与讨论

在光学显微镜下, 晶界发暗的可能原因有多种, 见图 6(a), (b), (c), (d)。其中图 6(a)是被很多书籍^{[4, 5]}所认可的晶界浸蚀形貌, 即晶界易浸蚀。但是实际观察中发现, 晶界浸蚀主要为图 6(b), (c)和(d)的形貌。化学浸蚀过程中晶界比晶粒更难于浸蚀而突出于晶粒表面, 在垂直光的照射下, 晶界处光线发生散射, 晶粒表面光线发生反射, 从而导致晶界发暗而晶粒表面发亮。

3 结论

1) 晶界发暗并非因为晶界处较易浸蚀而呈沟壑, 而是因为晶界处较难浸蚀而凸起。

2) 浸蚀显示出明暗不一的晶粒并非因为晶粒浸蚀后的平面与原来磨面倾斜了一定角度, 而是因为浸蚀后一部分晶粒表面粗糙不平, 而另一部分晶粒表面相对平坦光滑。