磷化膜對(duì)60Si₂Mn鐵路彈條扣件氮碳共滲處理的影響

王全振　翁吉銘　邵帥

摘 要：該文主要介紹的內(nèi)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(duì)試樣進(jìn)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(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0075-01

1 試驗(yàn)方法和工藝流程

試驗(yàn)材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗(yàn)方案流程見(jiàn)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(jié)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(shí)間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。

1.2 氮碳共滲

本實(shí)驗(yàn)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(yàn)

腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時(shí)間為1.5 h。首先稱量原始實(shí)驗(yàn)的重量，然后每半個(gè)小時(shí)對(duì)試樣重量進(jìn)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(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。

2 試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(jiàn)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(jìn)行耐腐蝕實(shí)驗(yàn)，測(cè)量單位面積重量變化，具體結(jié)果如（表1、2）。

通過(guò)對(duì)比表1，2數(shù)據(jù)耐蝕性實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析可知隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，工件的單位失重變化并不明顯，說(shuō)明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。

2.3 顯微硬度測(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值硬度對(duì)比曲線如圖4。

通過(guò)圖4數(shù)據(jù)說(shuō)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(xiàn)了緩慢遞減的趨勢(shì)，這符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷化膜對(duì)氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進(jìn)氮碳共滲使?jié)B層厚度增加。

（2）通過(guò)耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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(guò)顯微硬度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(duì)試樣進(jìn)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(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0075-01

1 試驗(yàn)方法和工藝流程

試驗(yàn)材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗(yàn)方案流程見(jiàn)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(jié)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(shí)間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。

1.2 氮碳共滲

本實(shí)驗(yàn)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(yàn)

腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時(shí)間為1.5 h。首先稱量原始實(shí)驗(yàn)的重量，然后每半個(gè)小時(shí)對(duì)試樣重量進(jìn)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(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。

2 試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(jiàn)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(jìn)行耐腐蝕實(shí)驗(yàn)，測(cè)量單位面積重量變化，具體結(jié)果如（表1、2）。

通過(guò)對(duì)比表1，2數(shù)據(jù)耐蝕性實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析可知隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，工件的單位失重變化并不明顯，說(shuō)明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。

2.3 顯微硬度測(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值硬度對(duì)比曲線如圖4。

通過(guò)圖4數(shù)據(jù)說(shuō)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(xiàn)了緩慢遞減的趨勢(shì)，這符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷化膜對(duì)氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進(jìn)氮碳共滲使?jié)B層厚度增加。

（2）通過(guò)耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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(guò)顯微硬度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(duì)試樣進(jìn)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(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：氮碳共滲 磷化處理 磷化膜

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0075-01

1 試驗(yàn)方法和工藝流程

試驗(yàn)材料采用60Si2Mn彈簧鋼試樣，具體試驗(yàn)方案流程見(jiàn)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(jié)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(shí)間：30 min，游離酸度：0.5～1.5，總酸度：20～27。

1.2 氮碳共滲

本實(shí)驗(yàn)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(yàn)

腐蝕劑成分：5%的鹽酸溶液、5%的氯化鈉溶液。腐蝕時(shí)間為1.5 h。首先稱量原始實(shí)驗(yàn)的重量，然后每半個(gè)小時(shí)對(duì)試樣重量進(jìn)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(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值。從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值，然后繪成硬度變化曲線。

2 試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(jiàn)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(jìn)行耐腐蝕實(shí)驗(yàn)，測(cè)量單位面積重量變化，具體結(jié)果如（表1、2）。

通過(guò)對(duì)比表1，2數(shù)據(jù)耐蝕性實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析可知隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，工件的單位失重變化并不明顯，說(shuō)明氮碳共滲件的耐腐蝕性較好。

2.3 顯微硬度測(cè)量

使用MHV2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度值，從工件邊緣向圓心處每隔一定距離打一個(gè)點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的硬度值硬度對(duì)比曲線如圖4。

通過(guò)圖4數(shù)據(jù)說(shuō)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(xiàn)了緩慢遞減的趨勢(shì)，這符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷化膜對(duì)氮碳共滲工藝、組織和性能有很大的影響。而且磷化膜促進(jìn)氮碳共滲使?jié)B層厚度增加。

（2）通過(guò)耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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(guò)顯微硬度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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