磷化膜对60Si2Mn铁路弹条扣件氮碳共渗处理的影响
2014-06-10 08:55王全振翁吉铭邵帅
科技创新导报 2014年7期
王全振 翁吉铭 邵帅
摘 要：该文主要介绍的内容是首先在60Si2Mn铁路弹条扣件表面得到一层磷化膜（Zn系），然后对试样进行氮碳共渗处理，氮碳共渗温度为500℃，保温4 h，随炉冷却。提高了基体组织的硬度、耐磨性、耐蚀性，提高了疲劳强度。
关键词：氮碳共渗 磷化处理 磷化膜
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 试验方法和工艺流程
试验材料采用60Si2Mn弹簧钢试样，具体试验方案流程见图1。
1.1 磷化处理
磷化处理前首先用砂纸把试样表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，将配制好的磷化溶液放入水浴炉中。磷化处理结束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工艺流程：除油→流水清洗→除锈→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化锌10～15 g/L，柠檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸钠5 g/L硝酸锰2 mL
磷化工艺条件：温度：45 ℃，时间：30 min，游离酸度：0.5～1.5，总酸度：20～27。
1.2 氮碳共渗
本实验采用固体氮碳共渗工艺，首先将试样表面的油污和氧化皮处理好，然后把氮碳共渗渗剂装入铁罐中用粘土密封好，放入箱式热处理炉中加热保温4 h，然后随炉冷却。
氮碳共渗渗剂配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅铁5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蚀性试验
腐蚀剂成分：5%的盐酸溶液、5%的氯化钠溶液。腐蚀时间为1.5 h。首先称量原始实验的重量，然后每半个小时对试样重量进行称量。腐蚀后立即用蒸馏水将试样表面的残余腐蚀剂洗干净，用脱脂棉将蒸馏水擦干净，然后用酒精擦试样的表面。
1.4 试样显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值。从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值，然后绘成硬度变化曲线。
2 试验结果及分析
2.1 金相显微组织观察示意图
试样氮碳共渗后，用金相显微镜进行组织观察。金相组织示意图如图2、3所示。
图2，3给出了磷化处理和未磷化处理后氮碳共渗的显微组织，可见图2的氮化物层较为明显，可以看到明显的“白亮层”，而图3并不明显。
2.2 耐蚀性分析
分别用5%的盐酸溶液和5%的氯化钠溶液进行耐腐蚀实验，测量单位面积重量变化，具体结果如（表1、2）。
通过对比表1，2数据耐蚀性实验得到的数据分析可知随着腐蚀时间的延长，工件的单位失重变化并不明显，说明氮碳共渗件的耐腐蚀性较好。
2.3 显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值，从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值硬度对比曲线如图4。
通过图4数据说明边缘处的硬度值较大，越向圆心处硬度值硬度值降低。硬度值呈现了缓慢递减的趋势，这符合实验预期的效果。
3 结语
（1）通过试验发现磷化膜对氮碳共渗工艺、组织和性能有很大的影响。而且磷化膜促进氮碳共渗使渗层厚度增加。
（2）通过耐腐蚀性实验发现，氮碳共渗层具有良好的耐蚀性。提高耐蚀性的主要原因：工件表面残留磷化膜；氮碳共渗后渗层组织以化合物Fe3N为主，这种化合物具有极强的抗腐蚀性。因此氮碳共渗后的工件具有抗大气、雨水及油脂腐蚀的能力。
（3）通过显微硬度实验发现氮碳共渗后，在工件表面形成了一层高硬度的氮碳化合物，从而提高了工件表面的耐磨性。endprint
摘 要：该文主要介绍的内容是首先在60Si2Mn铁路弹条扣件表面得到一层磷化膜（Zn系），然后对试样进行氮碳共渗处理，氮碳共渗温度为500℃，保温4 h，随炉冷却。提高了基体组织的硬度、耐磨性、耐蚀性，提高了疲劳强度。
关键词：氮碳共渗 磷化处理 磷化膜
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 试验方法和工艺流程
试验材料采用60Si2Mn弹簧钢试样，具体试验方案流程见图1。
1.1 磷化处理
磷化处理前首先用砂纸把试样表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，将配制好的磷化溶液放入水浴炉中。磷化处理结束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工艺流程：除油→流水清洗→除锈→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化锌10～15 g/L，柠檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸钠5 g/L硝酸锰2 mL
磷化工艺条件：温度：45 ℃，时间：30 min，游离酸度：0.5～1.5，总酸度：20～27。
1.2 氮碳共渗
本实验采用固体氮碳共渗工艺，首先将试样表面的油污和氧化皮处理好，然后把氮碳共渗渗剂装入铁罐中用粘土密封好，放入箱式热处理炉中加热保温4 h，然后随炉冷却。
氮碳共渗渗剂配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅铁5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蚀性试验
腐蚀剂成分：5%的盐酸溶液、5%的氯化钠溶液。腐蚀时间为1.5 h。首先称量原始实验的重量，然后每半个小时对试样重量进行称量。腐蚀后立即用蒸馏水将试样表面的残余腐蚀剂洗干净，用脱脂棉将蒸馏水擦干净，然后用酒精擦试样的表面。
1.4 试样显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值。从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值，然后绘成硬度变化曲线。
2 试验结果及分析
2.1 金相显微组织观察示意图
试样氮碳共渗后，用金相显微镜进行组织观察。金相组织示意图如图2、3所示。
图2，3给出了磷化处理和未磷化处理后氮碳共渗的显微组织，可见图2的氮化物层较为明显，可以看到明显的“白亮层”，而图3并不明显。
2.2 耐蚀性分析
分别用5%的盐酸溶液和5%的氯化钠溶液进行耐腐蚀实验，测量单位面积重量变化，具体结果如（表1、2）。
通过对比表1，2数据耐蚀性实验得到的数据分析可知随着腐蚀时间的延长，工件的单位失重变化并不明显，说明氮碳共渗件的耐腐蚀性较好。
2.3 显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值，从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值硬度对比曲线如图4。
通过图4数据说明边缘处的硬度值较大，越向圆心处硬度值硬度值降低。硬度值呈现了缓慢递减的趋势，这符合实验预期的效果。
3 结语
（1）通过试验发现磷化膜对氮碳共渗工艺、组织和性能有很大的影响。而且磷化膜促进氮碳共渗使渗层厚度增加。
（2）通过耐腐蚀性实验发现，氮碳共渗层具有良好的耐蚀性。提高耐蚀性的主要原因：工件表面残留磷化膜；氮碳共渗后渗层组织以化合物Fe3N为主，这种化合物具有极强的抗腐蚀性。因此氮碳共渗后的工件具有抗大气、雨水及油脂腐蚀的能力。
（3）通过显微硬度实验发现氮碳共渗后，在工件表面形成了一层高硬度的氮碳化合物，从而提高了工件表面的耐磨性。endprint
摘 要：该文主要介绍的内容是首先在60Si2Mn铁路弹条扣件表面得到一层磷化膜（Zn系），然后对试样进行氮碳共渗处理，氮碳共渗温度为500℃，保温4 h，随炉冷却。提高了基体组织的硬度、耐磨性、耐蚀性，提高了疲劳强度。
关键词：氮碳共渗 磷化处理 磷化膜
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0075-01
1 试验方法和工艺流程
试验材料采用60Si2Mn弹簧钢试样，具体试验方案流程见图1。
1.1 磷化处理
磷化处理前首先用砂纸把试样表面的氧化皮打磨掉除去表面的油污，将配制好的磷化溶液放入水浴炉中。磷化处理结束后，把工件放在三乙醇胺溶液中浸泡。
磷化工艺流程：除油→流水清洗→除锈→流水清洗→磷化→水洗→干燥
磷化液配方：氧化锌10～15 g/L，柠檬酸5～8 g/L，磷酸30～40 mL，硝酸钠5 g/L硝酸锰2 mL
磷化工艺条件：温度：45 ℃，时间：30 min，游离酸度：0.5～1.5，总酸度：20～27。
1.2 氮碳共渗
本实验采用固体氮碳共渗工艺，首先将试样表面的油污和氧化皮处理好，然后把氮碳共渗渗剂装入铁罐中用粘土密封好，放入箱式热处理炉中加热保温4 h，然后随炉冷却。
氮碳共渗渗剂配方：尿素45%、三聚氰胺5%、硅铁5%、碳化硅40%、木炭5%。
1.3 耐腐蚀性试验
腐蚀剂成分：5%的盐酸溶液、5%的氯化钠溶液。腐蚀时间为1.5 h。首先称量原始实验的重量，然后每半个小时对试样重量进行称量。腐蚀后立即用蒸馏水将试样表面的残余腐蚀剂洗干净，用脱脂棉将蒸馏水擦干净，然后用酒精擦试样的表面。
1.4 试样显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值。从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值，然后绘成硬度变化曲线。
2 试验结果及分析
2.1 金相显微组织观察示意图
试样氮碳共渗后，用金相显微镜进行组织观察。金相组织示意图如图2、3所示。
图2，3给出了磷化处理和未磷化处理后氮碳共渗的显微组织，可见图2的氮化物层较为明显，可以看到明显的“白亮层”，而图3并不明显。
2.2 耐蚀性分析
分别用5%的盐酸溶液和5%的氯化钠溶液进行耐腐蚀实验，测量单位面积重量变化，具体结果如（表1、2）。
通过对比表1，2数据耐蚀性实验得到的数据分析可知随着腐蚀时间的延长，工件的单位失重变化并不明显，说明氮碳共渗件的耐腐蚀性较好。
2.3 显微硬度测量
使用MHV2000型数显显微硬度计测量硬度值，从工件边缘向圆心处每隔一定距离打一个点，记录对应的硬度值硬度对比曲线如图4。
通过图4数据说明边缘处的硬度值较大，越向圆心处硬度值硬度值降低。硬度值呈现了缓慢递减的趋势，这符合实验预期的效果。
3 结语
（1）通过试验发现磷化膜对氮碳共渗工艺、组织和性能有很大的影响。而且磷化膜促进氮碳共渗使渗层厚度增加。
（2）通过耐腐蚀性实验发现，氮碳共渗层具有良好的耐蚀性。提高耐蚀性的主要原因：工件表面残留磷化膜；氮碳共渗后渗层组织以化合物Fe3N为主，这种化合物具有极强的抗腐蚀性。因此氮碳共渗后的工件具有抗大气、雨水及油脂腐蚀的能力。
（3）通过显微硬度实验发现氮碳共渗后，在工件表面形成了一层高硬度的氮碳化合物，从而提高了工件表面的耐磨性。endprint
