틴트 에칭 공구강, 탄화물 및 오스테나이트 착색

공구강의 흑백 현미경 사진은 탄화물을 어두운 형상으로 보여주지만, 그것이 어떤 탄화물인지 또는 기지에 얼마나 많은 오스테나이트가 남아 있는지는 알려주지 않는다. 틴트 에칭은 한 상에 색을 입히고 다른 상은 그대로 두어 두 가지 질문에 모두 답하므로, 시멘타이트, 합금 탄화물, 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 단일 이미지에서 구별할 수 있다. 이 페이지는 다음을 위해 인쇄된 틴트 에칭 공구강 도판을 수집한다 O1, W1, W2 및 D2, 이를 생성한 시약, 그리고 각 시약에 해당하는 침지 시간을 수집한다.

공구강을 에칭이 아닌 틴트 에칭하는 이유

나이탈이나 피크랄과 같은 일반 에칭은 상에 따라 금속을 제거하는 속도가 다르므로, 요철과 회색 대비를 통해 조직을 보여준다. 틴트 에칭은 다르게 작동한다. 특정 상에 얇은 막이나 반응 생성물을 침착시키고, 그 막이 간섭에 의해 색을 생성하므로, 막이 형성된 상은 색이 나타나고 나머지는 모두 회색이나 흰색으로 남는다. 공구강에서 이것은 탄화물 유형을 식별해야 하는 곳, 편석 띠를 확인해야 하는 곳, 그리고 잔류 오스테나이트를 입증하거나 배제해야 하는 곳의 세 가지 경우에 중요하다.

막은 얇고 시간은 짧기 때문에, 아래의 시약 카드는 모든 것을 포괄하는 범위가 아니라 각 레시피마다 침지 시간을 제시한다. 너무 오래 담가둔 시편은 모든 곳에 색이 입혀져 판독이 불가능해지고, 너무 일찍 꺼낸 시편은 아무것도 보이지 않는다.

어닐링된 공구강의 시멘타이트 착색

탄소강 또는 저합금 공구강의 어닐링 조직은 페라이트 기지 내 구상 탄화물이며, 두 상 모두 일반 에칭에서는 회색이다. 알칼리성 피크르산 나트륨은 시멘타이트에 색을 입히고 페라이트는 그대로 두어, 탄화물 집단을 셀 수 있는 갈색 입자 집합으로 만든다. 아래 첫 번째 도판은 그렇게 에칭된 고탄소 공구강이며, 편석 띠 내부의 더 밝은 탄화물이 주변 금속의 더 어두운 탄화물과 대비되어 보이는데, 이는 일반 에칭이 보여주지 않는 탄화물 조성의 차이이다.

Beraha의 몰리브덴산 나트륨 시약은 동일한 시멘타이트를 짙은 주황색 또는 갈색빛 적색으로 착색하며, 아래 W1 시편에서는 페라이트도 착색했으므로 두 상이 이미지에서 분리되지만 같은 방식은 아니다. 레시피는 강의 탄소 수준과 분리해야 하는 대상에 따라 설정되며, 뒤따르는 표는 이를 위해 인쇄된 네 가지 버전을 모두 제시한다.

시약	구성	공구강에서 착색하는 대상
Klemm’s I	50 mL 냉 포화 Na2S2O3 수용액에 1 g K2S2O5 첨가	탄소강 및 저합금강의 페라이트와 마르텐사이트를 착색하고 편석을 드러낸다. 최대 3분 침지. 감응색판과 함께 편광하에서 가장 잘 작동한다.
Beraha’s B0	994 mL 물에 6 mL HCl을 넣은 원액에, 원액 100 mL당 1 g K2S2O5 첨가	철, 탄소강, 합금강 및 공구강용으로 혼합. 최대 60초 침지, 에칭을 시작하기 위해 강하게 흔든 다음 시편을 정지 상태로 두어 색이 형성되도록 한다.
Beraha의 몰리브덴산 나트륨	1000 mL 물에 10 g Na2MoO4 · 2H2O를 넣은 원액에, NH4FHF를 첨가하고 아래 표에 따라 pH를 조정	시멘타이트와 인화물을 황색-주황색으로 착색하고 페라이트는 영향을 받지 않게 하거나, 더 높은 pH에서 탄화물을 적색-보라색으로, 페라이트를 황색으로 착색한다. 나이탈로 사전 에칭하는 것이 권장되지만 필수는 아니다.

착색되는 대상	원액에 대한 첨가	침지 시간
시멘타이트 및 인화물 황색-주황색, 주철	pH를 2.5~3.0으로 맞추기 위한 HNO3	45~60초
시멘타이트 황색-주황색, 저탄소강	pH 조정, 원액 100 mL당 0.1 g NH4FHF	45~60초
시멘타이트 황색-주황색, 중탄소강 및 고탄소강	pH 조정, 원액 100 mL당 0.3 g NH4FHF	30~45초
탄화물 적색-보라색 및 페라이트 황색, 모든 강	0.5 g NH4FHF, pH를 3.0~3.5로 조정	저탄소강에서 20~30초, 중탄소강 및 고탄소강에서 45~90초

동일한 W2 시편에 두 가지 에칭액

시약이 무엇을 더하는지 가장 명확하게 보여주는 것은 연속적인 에칭액 아래의 동일한 시편이다. 아래 두 세트는 W2 구상화 어닐링이며, 그 사이에 동일한 시야가 피크랄, 나이탈, Klemm’s I, 끓는 알칼리성 피크르산 나트륨, Beraha의 티오황산염 메타중아황산염 시약 및 Beraha의 몰리브덴산 나트륨 시약 아래에서 보여진다. 피크랄은 시멘타이트의 윤곽을 드러내고 페라이트는 평평하게 남기며, 나이탈은 페라이트 결정립계를 드러내고, Klemm’s I은 전체 페라이트 결정립을 착색하여 개별 결정립을 구별할 수 있게 한다. 피크르산 나트륨과 몰리브덴산 나트륨은 모두 시멘타이트를 착색하며, 메타중아황산염 시약은 Klemm’s I보다 더 넓은 색 범위에 걸쳐 페라이트를 착색한다.

일반 에칭으로 놓치는 시멘타이트 피막을 드러내기

입계에 피막으로 석출된 시멘타이트는 가장 놓치기 쉽고 가장 다루기 어려운 조직인데, 완성된 공구에서 균열 경로가 되기 때문이다. 피크랄은 압연 상태 고탄소 강종의 입자 내부에 있는 위드만스테텐 시멘타이트를 보여주지만 입계의 피막은 보여주지 않는다. Klemm’s I은 페라이트를 착색하고 시멘타이트는 다른 색의 피막으로 남기므로, 입계와 입내 시멘타이트가 모두 같은 이미지에 나타나며, 시편은 감도가 높은 틴트 플레이트와 함께 편광하에서 판독한다. 아래의 압연 상태 수경화 강종이 그 예이며, 동일한 시약은 구상화 소둔 후 분해되지 않은 탄화물 네트워크를 확인해야 할 때 사용하는 시약이다.

잔류 오스테나이트를 가시화하기

잔류 오스테나이트는 상당량, 일반적으로 10% 이상 존재하기 전까지는 일반 에칭으로 보이지 않는다. 연마된 시편에서 이를 보여주는 두 번째 방법은 시편을 에칭한 후 표면에 증착된 셀렌화 아연의 얇은 막이다. 이 막은 간섭에 의해 색을 생성하고 세 가지 상을 한 번에 분리하는데, 탄화물은 진한 보라색, 잔류 오스테나이트는 흰색, 마르텐사이트는 어두운 색으로 나타난다. 아래의 플레이트는 그렇게 처리된 담금질 및 뜨임 D2 시편이며, 열처리 업체와 고객이 특정 배치가 과오스테나이트화되었는지에 대해 의견이 다를 때 사용하는 확인 방법이다.

코팅의 대안은 공기 중에서 제어된 온도로 뜨임하여 표면에 산화막을 성장시키는 것이다. 540 °C에서 5분간 나이탈 에칭 후 열 틴팅을 사용하여 D2 시편의 잔류 오스테나이트를 드러냈다. 공구강 미세조직 페이지. 열 틴팅 온도는 합금별로 설정하고 낮게 유지하는데, 너무 뜨겁게 유지된 시편은 모든 곳에 색이 입혀져 선택성을 잃기 때문이다.

품질 검사에서 틴트 에칭의 위치

틴트 에칭은 일상적인 현장 시험이 아니다. 강종 대체 시 탄화물의 유형, 봉재의 편석 줄무늬가 다른 탄화물 분포를 가지는지, 구상화 소둔이 시멘타이트 네트워크를 남겼는지, 또는 담금질 후 잔류 오스테나이트가 얼마나 남았는지가 문제일 때 사용하는 방법이다. 동일한 시편에 대한 일반 에칭제와 준비 방법은 다음에 설명되어 있다. 공구강 미세조직 페이지, 각 색이 나타내는 탄화물은 다음에 나열되어 있다. 탄화물 유형 및 경도 페이지.

ASM Handbook, Volume 9, Metallography and Microstructures의 논문 Metallographic Techniques for Tool Steels 및 Color Metallography (G.F. Vander Voort), ASM International, 2004에서 편집. 플레이트 그림 5, 6, 9는 공구강 논문에서, 그림 19, 26, 48은 컬러 금속조직 논문에서 가져왔으며, 시약 표는 컬러 금속조직 논문의 표 1, 2, 5를 재현한 것으로, 나트륨 몰리브데이트 조성은 인쇄된 2열 레이아웃에서 조성당 한 행으로 재구성했으며 값은 변경하지 않았다. 모든 캡션은 파일의 검색 가능한 텍스트 레이어에서 읽고 인쇄된 플레이트와 대조 확인했으며, 각 플레이트는 인쇄된 픽셀 너비의 1.5배로 파일에서 잘라냈다. 플레이트와 시약은 Aobo Steel의 사양이 아니라 발표된 실무의 참고 요약이므로, 방법을 검사 시트에 기재하기 전에 실제 강종의 시편에서 시약, pH 및 침지 시간을 확인하라.