Page 35 - 理化检验-物理分册2021年第十期

龚志翔, 等: 加热过程中 H 2O ( g ) 含量对55SiCr 弹簧钢表面氧化层及脱碳行为的影响

90min 。干空气时试样的质量增加明显大于混合
气氛时的, 如图4所示, 质量增加率约36% 。以单
位面积的质量增加表征氧化层厚度, 则结果表明
干空气下氧化层厚度更大。取试样表面氧化产物
粉末进行 X 射线衍射( XRD ) 分析, 结果如图 5 所
示, 其中金刚砂为砂纸颗粒成分, 纯铁为打磨氧化
物时掺杂的基体物质, 再采用 K 值法得到各氧化

产物质量分数, 在不同气氛下氧化产物均以 Fe 3O 4
为主, 但与干空气相比, 混合气氛条件下氧化产物
图4 在不同气氛下的氧化后质量增加结果 比重向 FeO 倾斜, 即 Fe 2O 3 和 Fe 3O 4 比重降低,

Fi g 4 Massincreaseresultsafteroxidationindifferentatmos p heres FeO 比重增大。

图5 不同气氛下氧化层的组成

Fi g 5 Com p ositionofoxidela y erindifferentatmos p heres

a XRDs p ectrum b massfraction
2.4 氧化层对脱碳行为的影响 环境下FeO 层的厚度占比约为60% , 大大提高了脱

不考虑其他合金元素的作用, 铁在570 ℃以上 碳介质的渗透性 [ 18 , 24 ] 。钢中铬含量较高时, 较完整
氧化时, 表面会形成多层氧化产物, 从靠近基体处到 的 Cr 2O 3 薄膜可以很好地保护基体组织抵抗腐蚀
, 如图6所 向
锈层外表面分别为 FeO 、 Fe 3O 4 和 Fe 2O 3 介质的入侵, 而高的水蒸气浓度会促使 Cr 2O 3
示。脱碳与氧化同时发生, 在600~800℃这个温度 CrO 2 OH ) 转变, 破坏保护性氧化膜。在干燥气

(
2
范围, 生成的氧化层足够致密紧实, 氧化性气氛和碳 氛下形成的氧化膜为单层结构, 厚度相比于湿润气
原子均很难渗透, 抑制表面贫碳区的产生, 但氧化层 氛更薄, 氧化膜孔洞较少 [ 25-26 ] 。湿润气氛下氧化膜
中空隙、 裂 纹 等 的 出 现 则 会 破 环 保 护 机 制 [ 21-24 ] 。 为双层结构, 层间有较大缝隙存在且外层存在大量
H 2O () 的存在改变氧化层的组成与结构, 湿空气 孔洞。
g

图6 不同气氛下氧化层横截面的微观形貌

Fi g 6 Microstructuremor p holo gy ofcrosssectionofoxidela y erindifferentatmos p heres
-3
a 12 17 g m H 2 O g mixedatmos p here b dr y air
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