离子渗硫及其工艺简介0淬火机床

离子渗硫及其工艺简介

离子渗硫及其工艺简介 2011年12月04日 来源： 一、概述工件（经硬化处理后）经渗硫处理后，其表面可形成多孔、松软的由FeS、FeS2组成的极薄的硫化物层，硫化物层可以降低摩擦系数，减少一般摩擦件的磨损，提高抗咬合性，延长使用寿命。渗硫层还能提高象柴油机缸套那样摩擦件的润滑效果，节约燃油、增大功率输出。硫化铁层的持久润滑效果，更能改善象纲领（一种纺织机械零件）那样高速摩擦、磨损件的工作条件，减小温升；其良好的抗咬合性也有利于消除冷冲模具的粘着现象，延长服役期限。即使经过表面强化（如工件经渗硼、渗氮或渗氮碳）的工件，再复合以低温离子渗硫，也可进一步提高使用性。二、硫化物层的特性硫化物层的特殊结构使其具有以下一些特性：1、硫化物为密排六方晶体结构，具有优良的减摩、抗摩作用。2、硫化物层质地疏松、多微孔，有利于储存润滑介质。3、硫化物层隔绝了工件间的直接接触，可有效地防止咬合的发生。4、硫化物层软化了接触面的微凸体，在运动过程中有效避免了硬微凸体对对偶面的犁削作用，并起到削峰填谷作用，增大了真实接触面积，缩短磨合时间。5、硫化物层的存在使接触表面形成应力缓冲区，有效提高抗疲劳能力及承载能力。三、可实施离子渗硫的材料可进行离子渗硫的材料种类较多，碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢以及各类硬质合金等均可实施离子渗硫处理。四、离子渗硫工艺中常用的供硫剂离子渗硫工艺中常用的含硫介质有二硫化碳（CS2）和硫化氢（H2S）。1、二硫化碳（CS2）二硫化碳（CS2）是一种无色易挥发液体，其分子量为76，熔点为-111.9℃，沸点为46.24℃，20℃时其密度为1.26g/cm3，20℃时在水中的溶解度度为0.179。二硫化碳溶于乙醇和乙醚。2、硫化氢（H2S）硫化氢（H2S）是一种无色气体，具有强烈刺激的臭鸡蛋气味，其分子量为34，沸点为-60.35℃，25℃时其密度为1.26g/L，具有腐蚀性和毒性。五、离子渗硫及离子含硫多元共渗工艺离子渗硫是一个广义的工艺概念。实际应用中，它包含了单纯的离子渗硫、离子硫氮共渗和离子硫氮碳共渗等多种工艺，以下就这几种工艺逐一进行陈述。（一）离子渗硫工艺离子渗硫通常是在160～300℃的低温下进行的，常用的离子渗硫温度为180～200℃。供硫剂可采用二硫化碳（负压吸入，与丙酮的加入方式相似），也可采用硫化氢气体。其中采用硫化氢作供渗硫源时，一般以H2S—Ar—H2作为渗硫气氛，高纯度（99.999%）的Ar和H2（比例为1:1）作为载体气，H2S的用量为总气体量的3%。混合气的流量约为80～120L/h（对LDMC-75炉型而言）。保温时间依据不同渗层的要求，可选用十几分钟至二小时，所得到的渗层深度从几微米至几十微米。渗层组织是以FeS为主的化合物层，无明显的扩散层。（二）离子硫氮共渗工艺离子渗氮气氛中加入适量的含硫气氛即可实现离子硫氮共渗。高硬度渗氮层的外表面的硫化物层能提高工件的减磨、抗咬合能力。离子硫氮共渗工艺中可使用硫化氢或二硫化碳作为供硫剂。在实际使用过程中，二硫化碳不是直接通入炉内使用，而是使用二硫化碳与水蒸汽的反应气，因此，操作起来有一定的难度，故使用较少。渗氮气氛中通入适量的硫可以提高氮势，降低ε相的形成温度，加速渗氮过程，因而强烈影响渗层特征。随着气氛中含硫量的逐步提高，渗层表面的含硫量开始也随之增高，总渗层也曾厚，但气氛中含硫量增至一定值时，渗层反而开始减薄，尤其在共渗温度高、共渗时间长的条件下，气氛中硫含量过高，工件表面易出现灰黑色粉末状沉积物，渗层脆性高，易剥落。反之，若气氛中含硫量太低，则渗硫效果不明显且硫化物层结合不好。基于以上分析和试验，当以硫化氢为共渗剂时，NH3:H2S以10～30:1较适宜。硫氮共渗的温度依据材料的不同，可在480～570℃范围内选用。硫氮共渗的时间依据对渗层的不同要求，多在两个小时之内。离子硫氮共渗层的组织为多层结构，最表层为硫化物层（硬度低），次表层为氮的化合物层（高硬度区），里层为扩散层。（三）离子硫氮碳共渗工艺在离子氮碳共渗气氛中加入含硫气体，即可实现离子硫氮三元共渗。研究认为，在离子氮碳共渗气氛中加入少量含硫气体，可提高氮和碳的活性，在低温下（如500℃）也易形成ε相（S、N、C的化合物），而且可提高ε相中的含氮量。因此，三元共渗的渗速更高，渗层质量相对更好，同样可提高工件的耐磨性、抗咬合能力和疲劳强度。常用的作为硫氮碳共渗的气体配比有以下两种：（1）CH4:H2S:NH3=3:2:20；（2）(C2H5OH:CS2=2:1):NH3=1:20离子硫氮碳共渗有两种操作方式，（1）先进行氮碳共渗后再渗硫；（2）通入混合气氛同时进行三元共渗。离子硫氮碳共渗的温度可参照离子氮碳共渗的温度选择，通常在550～580℃范围内。离子硫氮碳共渗的时间依据材料的不同而异，普通钢可选用570℃、2～3小时共渗；高速钢则采用低温（480～540℃）短时（15～120分钟）共渗工艺。离子硫氮碳共渗层的组织为多层结构，自表及里依次为黑色多孔质地较软的FeS薄层、含硫的ε+γ’化合物层以及含碳和氮的扩散层。(end)

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