Металлографический реактив для выявления границ действительного зерна стали

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ РЕАКТИВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ГРАНИЦ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЗЕРНА СТАЛИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Валько Александр Леонидович Руденко Сергей Петрович Шипко Алексей Алексеевич Мосунов Евгений Игоревич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(56) КОВАЛЕНКО В.С. Металлографические реактивы Справочник. - М. Металлургия, 1981. - С. 37-38. БАРАНОВА Л.В. и др. Металлографическое травление металлов и сплавов Справочник. - М. Металлургия,1986. - С. 101-107.1518411 1, 1989.115965, 1958.2235806 1, 2004.2007204772 .5535904 , 1996.1534096 1, 1990.(57) Металлографический реактив для выявления границ действительного зерна стали, содержащий пикриновую кислоту, поверхностно-активное вещество и воду дистиллированную, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества содержит оксиэтилированный лаурилсульфат натрия и дополнительно содержит нитрат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.пикриновая кислота 0,5-2,0 оксиэтилированный лаурилсульфат натрия 0,1-0,6 нитрат аммония 0,5-3,0 вода дистиллированная остальное. Изобретение относится к области металлографии и может быть использовано в лабораторных и производственных условиях для оценки качества структуры стали деталей машин и механизмов после химико-термического упрочнения. При исследовании структуры в процессе химического травления стали необходимо выявлять величину зерна по сечению изделия, так как этот параметр определяет физикомеханические свойства металла. Известен металлографический реактив 1, выбранный в качестве прототипа, который имеет следующий состав, мас. 14748 1 2011.08.30 пикриновая кислота 1-4 алкилсульфонат натрия 0,5-2,0 вода дистиллированная остальное. Однако в процессе травления данным реактивом возникает необходимость неоднократного повторения травления с использованием промежуточных переполировок шлифа. К недостаткам следует отнести и неравномерность выявления границ действительного зерна по сечению цементованных изделий. Цель изобретения - создание металлографического реактива, позволяющего качественно выявлять величину действительного зерна деталей из конструкционных сталей после химико-термической обработки. Решение поставленной задачи достигается при использовании металлографического реактива, содержащего пикриновую кислоту, поверхностно-активное вещество и воду дистиллированную, отличающегося тем, что в качестве поверхностно-активного вещества реактив содержит оксиэтилированный лаурилсульфат натрия и дополнительно содержит нитрат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.пикриновая кислота 0,5-2,0 оксиэтилированный лаурилсульфат натрия 0,1-0,6 нитрат аммония 0,5-3,0 вода дистиллированная остальное. Пикриновая кислота представляет собой дисперсный порошок желтого цвета и является продуктом реакции нитрирования фенола. Металлографические реактивы, приготовленные с использованием пикриновой кислоты, позволяют получить контраст травления между мартенситом и немартенситными структурными составляющими, а также выявлять границы действительного зерна закаленных и отожженных сталей. При содержании пикриновой кислоты в растворе до 0,5 мас.наблюдается недостаточно четкое выявление границ зерна. В случае превышения в реактиве концентрации пикриновой кислоты более 2,0 мас.происходит преимущественное травление поверхности зерен без выявления границ их раздела. Оксиэтилированный лаурилсульфат натрия, являющийся поверхностно-активным веществом, уменьшает поверхностное натяжение раствора на границе реактив - металл. Данное явление позволяет реагентам реактива избирательно взаимодействовать с микрообъемами металла. Установлено, что при содержании оксиэтилированного лаурилсульфата натрия менее 0,1 мас.происходит преимущественное травление поверхности зерен при неудовлетворительном выявлении их границ. При его содержании более 0,6 мас.подавляется дифференцированное травящее воздействие пикриновой кислоты на границе жидкость - металл и повышается склонность к образованию точечной коррозии поверхностных слоев. Нитрат аммония (аммиачная селитра), являющийся солью аммония, представляет собой белое кристаллическое гигроскопичное вещество и содержит 35 азота. В водных растворах, к которым относится заявляемый реактив, нитрат аммония, как сильный электролит, диссоциирует на ионы. Введение нитрата аммония в реактив в количестве от 0,5 до 3,0 мас.позволяет надежно выявлять границы действительного зерна цементованных слоев, которые отличаются мелкозернистым строением вследствие повышенного содержания в них углерода. При содержании нитрата аммония более 3,0 мас.нейтрализуется травящее действие пикриновой кислоты на границе металл - реактив. Были приготовлены растворы 1, 2, 3 заявляемого реактива и растворы 1, 2, 3 реактива-прототипа при следующем соотношении компонентов, мас. . Наименование компонентов пикриновая кислота оксиэтилированный лаурил-сульфат натрия нитрат аммония вода дистиллированная пикриновая кислота алкилсульфонат натрия вода дистиллированная При составлении растворов 1, 2, 3 заявляемого реактива и прототипа использованы химически чистые вещества. В качестве растворителя применяли дистиллированную воду,необходимое количество которой нагревали до 505 С. В воду всыпали требуемое количество пикриновой кислоты, представляющей собой дисперсный порошок желтого цвета,и при непрерывном перемешивании добивались полного ее растворения. Затем в теплый раствор пикриновой кислоты вводили последовательно необходимые количества оксиэтилированного лаурилсульфата натрия и нитрата аммония. Приготовленный реактив подвергали стабилизирующему растравливанию в течение 305 минут образцом из конструкционной стали, имеющим общую площадь поверхности 20-40 см 2. Объектом испытаний являлись зубчатые колеса, изготовленные из конструкционных сталей 20 ХНР, 20 Х 2 Н 4 А, 25 ХГМ и прошедшие химико-термическую обработку в производственных условиях. При травлении образец погружали в реактив плоскостью шлифа вниз, чтобы продукты химических реакций не препятствовали взаимодействию реактива с металлом. Время травления составляло от 10 до 20 минут в зависимости от температуры раствора, которая варьировалась в диапазоне 20-40 С. После травления образец промывали в нагретой до 35-45 С воде, высушивали под струей теплого воздуха и протирали смоченным в этиловом спирте ватным тампоном. Протравленный микрошлиф просматривали на микроскопе Микро-200 при увеличении 400. В лаборатории были проведены сравнительные испытания растворов 1, 2, 3 заявляемого реактива и растворов 1, 2, 3 реактива-прототипа. Результаты химического травления приведены на фиг. 1-8, где фиг. 1, 3, 5, 7 отображают микроструктуру цементованного слоя, а фиг. 2, 4, 6, 8 - микроструктуру сердцевины зубчатых колес. На фиг. 1 и 2 изображена микроструктура зубчатого колеса из стали 20 ХНР, на фиг. 3 и 4 - микроструктура зубчатого колеса из стали 20 Х 2 Н 4 А, выявленные травлением в растворе 2 заявляемого реактива. На фиг. 5 и 6 изображена микроструктура зубчатого колеса из стали 20 ХНР, на фиг. 7 и 8 - микроструктура зубчатого колеса из стали 20 Х 2 Н 4 А после травления в растворе 2 реактива-прототипа. Травление в предлагаемом реактиве, в отличие от травления в реактиве-прототипе, позволяет акцентированно выявлять границы действительного зерна в цементованных слоях и сердцевине деталей, изготовленных из конструкционных цементуемых марок сталей. При сопоставлении микроструктур фиг. 1 и 3 с фиг. 5 и 7 очевидно, что заявляемый реактив позволяет избирательно воздействовать на границы раздела зерен цементованных слоев. Отметим, что для глубинных слоев, которые не подвергались дополнительному насыщению углеродом, характерна идентичность травления границ действительного зерна (сравните фиг. 2 и 4 с фиг. 6 и 8). Данный факт позволяет судить об избирательности микротравления предлагаемым составом при выявлении границ действительного зерна в цементованных слоях после полного цикла химико-термической обработки деталей по отношению к используемым в настоящее время реактивам. 14748 1 2011.08.30 Использование реактива предлагаемого состава позволяет повысить качественный уровень химико-термической обработки деталей машин за счет достоверного выявления границ действительного зерна упрочняемых слоев. Источники информации 1. Коваленко В.С. Металлографические реактивы Справочник. - М. Металлургия,1981. - С. 37-38. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5