磷化膜對60Si2Mn鐵路彈條扣件氮碳共滲處理的影響
2014-06-10 08:55:07王全振翁吉銘邵帥
科技創新導報 2014年7期
王全振 翁吉銘 邵帥
摘 要：該文主要介紹的內容是首先在60Si2Mn鐵路彈條扣件表面得到一層磷化膜（Zn系），然后對試樣進行氮碳共滲處理，氮碳共滲溫度為500℃，保溫4 h，隨爐冷卻。提高了基體組織的硬度、耐磨性、耐蝕性，提高了疲勞強度。
關鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜
中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 試驗方法和工藝流程
試驗材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗方案流程見圖1。
1.1 磷化處理
磷化處理前首先用砂紙把試樣表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，將配制好的磷化溶液放入水浴爐中。磷化處理結束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工藝流程：除油→流水清洗→除銹→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化鋅10～15 g/L，檸檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸鈉5 g/L硝酸錳2 mL
磷化工藝條件：溫度：45 ℃，時間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。
1.2 氮碳共滲
本實驗采用固體氮碳共滲工藝，首先將試樣表面的油污和氧化皮處理好，然后把氮碳共滲滲劑裝入鐵罐中用粘土密封好，放入箱式熱處理爐中加熱保溫4 h，然后隨爐冷卻。
氮碳共滲滲劑配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅鐵5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蝕性試驗
腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時間為1.5 h。首先稱量原始實驗的重量，然后每半個小時對試樣重量進行稱量。腐蝕后立即用蒸餾水將試樣表面的殘余腐蝕劑洗干凈，用脫脂棉將蒸餾水擦干凈，然后用酒精擦試樣的表面。
1.4 試樣顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。
2 試驗結果及分析
2.1 金相顯微組織觀察示意圖
試樣氮碳共滲后，用金相顯微鏡進行組織觀察。金相組織示意圖如圖2、3所示。
圖2，3給出了磷化處理和未磷化處理后氮碳共滲的顯微組織，可見圖2的氮化物層較為明顯，可以看到明顯的“白亮層”，而圖3并不明顯。
2.2 耐蝕性分析
分別用5%的鹽酸溶液和5%的氯化鈉溶液進行耐腐蝕實驗，測量單位面積重量變化，具體結果如（表1、2）。
通過對比表1，2數據耐蝕性實驗得到的數據分析可知隨著腐蝕時間的延長，工件的單位失重變化并不明顯，說明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。
2.3 顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值硬度對比曲線如圖4。
通過圖4數據說明邊緣處的硬度值較大，越向圓心處硬度值硬度值降低。硬度值呈現了緩慢遞減的趨勢，這符合實驗預期的效果。
3 結語
（1）通過試驗發現磷化膜對氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進氮碳共滲使滲層厚度增加。
（2）通過耐腐蝕性實驗發現，氮碳共滲層具有良好的耐蝕性。提高耐蝕性的主要原因：工件表面殘留磷化膜；氮碳共滲后滲層組織以化合物Fe3N為主，這種化合物具有極強的抗腐蝕性。因此氮碳共滲后的工件具有抗大氣、雨水及油脂腐蝕的能力。
（3）通過顯微硬度實驗發現氮碳共滲后，在工件表面形成了一層高硬度的氮碳化合物，從而提高了工件表面的耐磨性。endprint
摘 要：該文主要介紹的內容是首先在60Si2Mn鐵路彈條扣件表面得到一層磷化膜（Zn系），然后對試樣進行氮碳共滲處理，氮碳共滲溫度為500℃，保溫4 h，隨爐冷卻。提高了基體組織的硬度、耐磨性、耐蝕性，提高了疲勞強度。
關鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜
中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 試驗方法和工藝流程
試驗材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗方案流程見圖1。
1.1 磷化處理
磷化處理前首先用砂紙把試樣表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，將配制好的磷化溶液放入水浴爐中。磷化處理結束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工藝流程：除油→流水清洗→除銹→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化鋅10～15 g/L，檸檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸鈉5 g/L硝酸錳2 mL
磷化工藝條件：溫度：45 ℃，時間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。
1.2 氮碳共滲
本實驗采用固體氮碳共滲工藝，首先將試樣表面的油污和氧化皮處理好，然后把氮碳共滲滲劑裝入鐵罐中用粘土密封好，放入箱式熱處理爐中加熱保溫4 h，然后隨爐冷卻。
氮碳共滲滲劑配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅鐵5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蝕性試驗
腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時間為1.5 h。首先稱量原始實驗的重量，然后每半個小時對試樣重量進行稱量。腐蝕后立即用蒸餾水將試樣表面的殘余腐蝕劑洗干凈，用脫脂棉將蒸餾水擦干凈，然后用酒精擦試樣的表面。
1.4 試樣顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。
2 試驗結果及分析
2.1 金相顯微組織觀察示意圖
試樣氮碳共滲后，用金相顯微鏡進行組織觀察。金相組織示意圖如圖2、3所示。
圖2，3給出了磷化處理和未磷化處理后氮碳共滲的顯微組織，可見圖2的氮化物層較為明顯，可以看到明顯的“白亮層”，而圖3并不明顯。
2.2 耐蝕性分析
分別用5%的鹽酸溶液和5%的氯化鈉溶液進行耐腐蝕實驗，測量單位面積重量變化，具體結果如（表1、2）。
通過對比表1，2數據耐蝕性實驗得到的數據分析可知隨著腐蝕時間的延長，工件的單位失重變化并不明顯，說明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。
2.3 顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值硬度對比曲線如圖4。
通過圖4數據說明邊緣處的硬度值較大，越向圓心處硬度值硬度值降低。硬度值呈現了緩慢遞減的趨勢，這符合實驗預期的效果。
3 結語
（1）通過試驗發現磷化膜對氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進氮碳共滲使滲層厚度增加。
（2）通過耐腐蝕性實驗發現，氮碳共滲層具有良好的耐蝕性。提高耐蝕性的主要原因：工件表面殘留磷化膜；氮碳共滲后滲層組織以化合物Fe3N為主，這種化合物具有極強的抗腐蝕性。因此氮碳共滲后的工件具有抗大氣、雨水及油脂腐蝕的能力。
（3）通過顯微硬度實驗發現氮碳共滲后，在工件表面形成了一層高硬度的氮碳化合物，從而提高了工件表面的耐磨性。endprint
摘 要：該文主要介紹的內容是首先在60Si2Mn鐵路彈條扣件表面得到一層磷化膜（Zn系），然后對試樣進行氮碳共滲處理，氮碳共滲溫度為500℃，保溫4 h，隨爐冷卻。提高了基體組織的硬度、耐磨性、耐蝕性，提高了疲勞強度。
關鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜
中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 試驗方法和工藝流程
試驗材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗方案流程見圖1。
1.1 磷化處理
磷化處理前首先用砂紙把試樣表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，將配制好的磷化溶液放入水浴爐中。磷化處理結束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工藝流程：除油→流水清洗→除銹→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化鋅10～15 g/L，檸檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸鈉5 g/L硝酸錳2 mL
磷化工藝條件：溫度：45 ℃，時間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。
1.2 氮碳共滲
本實驗采用固體氮碳共滲工藝，首先將試樣表面的油污和氧化皮處理好，然后把氮碳共滲滲劑裝入鐵罐中用粘土密封好，放入箱式熱處理爐中加熱保溫4 h，然后隨爐冷卻。
氮碳共滲滲劑配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅鐵5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蝕性試驗
腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時間為1.5 h。首先稱量原始實驗的重量，然后每半個小時對試樣重量進行稱量。腐蝕后立即用蒸餾水將試樣表面的殘余腐蝕劑洗干凈，用脫脂棉將蒸餾水擦干凈，然后用酒精擦試樣的表面。
1.4 試樣顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。
2 試驗結果及分析
2.1 金相顯微組織觀察示意圖
試樣氮碳共滲后，用金相顯微鏡進行組織觀察。金相組織示意圖如圖2、3所示。
圖2，3給出了磷化處理和未磷化處理后氮碳共滲的顯微組織，可見圖2的氮化物層較為明顯，可以看到明顯的“白亮層”，而圖3并不明顯。
2.2 耐蝕性分析
分別用5%的鹽酸溶液和5%的氯化鈉溶液進行耐腐蝕實驗，測量單位面積重量變化，具體結果如（表1、2）。
通過對比表1，2數據耐蝕性實驗得到的數據分析可知隨著腐蝕時間的延長，工件的單位失重變化并不明顯，說明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。
2.3 顯微硬度測量
使用MHV2000型數顯顯微硬度計測量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個點，記錄對應的硬度值硬度對比曲線如圖4。
通過圖4數據說明邊緣處的硬度值較大，越向圓心處硬度值硬度值降低。硬度值呈現了緩慢遞減的趨勢，這符合實驗預期的效果。
3 結語
（1）通過試驗發現磷化膜對氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進氮碳共滲使滲層厚度增加。
（2）通過耐腐蝕性實驗發現，氮碳共滲層具有良好的耐蝕性。提高耐蝕性的主要原因：工件表面殘留磷化膜；氮碳共滲后滲層組織以化合物Fe3N為主，這種化合物具有極強的抗腐蝕性。因此氮碳共滲后的工件具有抗大氣、雨水及油脂腐蝕的能力。
（3）通過顯微硬度實驗發現氮碳共滲后，在工件表面形成了一層高硬度的氮碳化合物，從而提高了工件表面的耐磨性。endprint
