硫氮共渗的相关知识点探讨

硫化层是由FeS和Fe₂S组成，硫化层的变形阻力小，易沿滑动方向流动，起润滑作用，摩擦系数约为0.15，具有良好的减摩性和抗擦伤能力。在金属表面与金属表面的直接接触过程中，可避免金属咬合。但是硫化层的这些优越性能必须在零件表面具有较高的硬度配合下，才能充分体现出来，因此硫化大多是在工件整体强化或表面强化（如淬火、表面淬火、渗碳+淬火、渗氮和氮碳共渗等）之后进行；或者与渗氮、氮碳共渗同时进行。前者属于复合处理，后者分别称为硫氮共渗和硫氮碳共渗。硫氮共渗是将渗硫与渗氮相结合的共渗工艺。硫氮共渗层的外层主要是渗硫层，摩擦系数小，耐磨性好，抗咬合能力与擦伤能力强，渗层的里层是硬度高的渗氮层，因而兼有渗硫层和渗氮层的优点，图5-8所示为45钢硫氮碳共渗层的耐磨性。白亮层脆性大，生产上应当尽量避免。

硫氮共渗可采用气体法和液体法。气体硫氮共渗的介质为氨气和硫化氢气体。气体离子硫氮共渗在离子渗氮炉中进行，由两个管道分别通入H₂S和NH₃。硫化氢是由盐酸与硫化铁作用而产生，比例为NH₃∶H₂S=9～12∶1（体积分数），氨分解率为15%，（530～560℃）处理（1～1.5h），可得20～40μm的渗层，经硫氮共渗处理的高速工具钢表面硬度为950～1050HV。

图5-8 4 5钢硫氮碳共渗层的耐磨性

1—淬火、回火 2—盐浴硫氮碳共渗 3—气体氮碳共渗

液体硫氮共渗常用BaCl₂30%+NaCl 20%+CaCl₂50%。添加5%～10%FeS，并在盐浴底部通入氨气（1～3L/min），（540～560℃），保温0.25～2h。液体硫氮共渗多在高速工具钢刀具及Cr12型钢的模具热处理之后进行。表5-19为45钢硫氮共渗与其他处理工艺的摩擦磨损性能对比。(www.xing528.com)

表5-19 45钢硫氮共渗与其他处理工艺的摩擦磨损性能对比

在氮碳共渗的基础上加入含硫的渗剂可以实现硫氮碳共渗，硫氮碳共渗也叫渗硫氮碳共渗，主要有气体法、液体法，也可采用固体法。其组织的组成与渗剂的组成有关。以渗硫为主时表层有FeS或FeS与a-Fe；以渗氮为主时，有Fe₂（N、C）与Fe₄（N、C）；以渗碳为主时形成Fe₃（C、N）。气体法可用井式渗碳炉，常用滴入法。使用的渗剂有三乙醇胺（1kg）和乙醇（1kg）溶解20g尿素滴入炉内，并通入一定量的氨气，提高氮原子浓度。对高速工具钢刀具和模具钢的模具，一般以540～560℃，1～3h共渗工艺为宜。结构钢的共渗温度可稍高一点。液体法无污染硫氮碳盐浴法应用效果也非常好，如3Cr2W8钢制铝合金压铸模在560～570℃进行2～3h，化合物层致密区最高硬度1000HV；Cr12MoV钢制造冲压模，在520～530℃进行3～4h，化合物层致密区最高硬度1050HV。表5-20为部分材料硫氮碳共渗层的抗咬合性及抗疲劳性能。

表5-20 部分材料硫氮碳共渗层的抗咬合性及抗疲劳性能