应用硫氮碳共渗工艺提高寿命：盐浴处理2-4年实例

1.汽车发动机曲轴盐浴硫氮碳共渗（45钢）

汽车发动机曲轴盐浴硫氮碳共渗工作盐浴的成分（质量分数）为CNO-36%±1.5%，S²-≤30×10^-6；其主要工艺参数为（565±5）℃×3h。硬度≥300HV10，最大硬度为700HV0.05（max），包括过渡区α（N）在内的共渗层总深度为0.85～0.95mm，其中化合物层（ε相+FeS+少量γ′相）深度为20～25μm，扩散层（弥散相析出区）深度为0.3～0.35mm。

国外的汽车（包括重型汽车）曲轴大多采用盐浴氮碳共渗、盐浴硫氮碳共渗或以两者为基础的TF1+AB1、Oxynit工艺，即于共渗后再氧化的复合处理工艺。

盐浴氧碳共渗时，CNO-的质量分数为36%±1.5%，其主要工艺参数为（570±10℃）×3h。如果需在共渗后氧化，则直接转入（360±10）℃的Y-1盐浴中等温10～20min。渗层总深度为（0.9±0.05）mm，硬度≥300HV10。

2.农机195及180曲轴盐浴硫氮碳共渗（QT600-3）

盐浴硫氮碳共渗时，CNO-的质量分数为36%±1.5%；其主要工艺参数为（565±10）℃×2h。以ε相+FeS为主构成的化合物层深度为12～16μm；弥散相析出区深度为0.10～0.14mm，最大硬度为920HV0.05。经2000h强化台架试验，曲轴平均磨损量为15μm（≤25μm为合格）。

3.螺杆式制冷机能量调节阀盐浴硫氮碳共渗（45钢）

无级调节制冷能力的关键件——能量调节阀由开螺旋槽的导管和轴状喷油管组成。失效形式为咬死、不耐磨。该能量调节阀经调质、离子渗氮处理后只能分别用2～8周和3个月左右。改用硫氮碳共渗工艺，在CNO-的质量分数为36±1.5%、S^2-的质量分数≤30×10^-6的盐浴中，于（570±10）℃进行2h的处理，使用寿命可达2～4年。

4.齿轮盐浴硫氮碳共渗（35CrMoVA）

35CrMoVA军品齿轮的服役条件是中载与低噪声，并要求具有一定的疲劳强度。失效形式主要是黏着磨损。采用盐浴硫氮碳共渗工艺[CNO^-的质量分数为34%±1.5%，S^2-的质量分数≤30×10^-6，（550±10）℃×2h]处理后，化合物层深度为13～17μm，弥散相析出区深度为0.23～0.25mm，500HV0.05以上的有效硬化层比技术要求增深30%～40%，承载能力由8～9级提高到10～11级（扭矩为372.4～449.8N·m，齿面法线力达到11621～13334N，传递功率为88.96～104.40kW），比20CrMo渗碳（渗层深度为0.8～1.0mm）、淬火+回火齿轮的承载能力高25%。为了提高工件仓储期间在工业大气中的耐蚀性，硫氮碳共渗后直接转入360℃±10℃的Y-1盐浴中氧化10～20min。这样，除耐蚀性显著提高外，各项性能指标与硫氮碳共渗件相同。两种方法处理的齿轮质量都优于进口件。

5.刀具盐浴硫氮碳共渗（W18Cr4V及W6Mo5Cr4V2）

铣刀、钻头、铰刀等各种高速钢刀具均可通过硫氮碳共渗或以其为基础的硫氮碳共渗加后氧化复合处理，分别提高寿命0.5～3倍以上。图7-31a所示工艺适用于自用刀具，图7-31b所示工艺适用商品刀具。

图7-31 高速钢刀具硫氮碳共渗或以共渗为基础的复合处理工艺曲线

a）盐浴硫氮碳共渗 b）盐浴硫氮碳共渗加后氧化复合处理

此外，盐浴硫氮碳共渗是解决不锈钢工件咬死、不耐磨问题的最佳工艺。对于刀具与不锈钢件而言，获得相同深度渗层的处理周期比气体氮碳共渗或气体渗氮缩短2/5～2/3，而且强化效果优良、稳定。(www.xing528.com)

6.气门QPQ盐浴复合处理

53Cr21Mn9Ni4N排气门及42Cr9Si2进气门的QPQ处理工艺为：300℃预热1h→565℃氮碳共渗60～90min，CNO-的质量分数控制在34%～36%→在350～400℃的AB（或Y-1）浴中氧化10～30min→机械抛光→在AB（或Y-1）浴中再次氧化。QPQ盐浴复合处理后可获得表面硬度为1000～1200HV0.05，深度为20～60μm的渗层，气门呈黑亮色。该工艺广泛用于各种不同类型的汽车和摩托车气门的生产。

7.薄形工件QPQ盐浴复合处理

低压电器中的塑壳断路器使用了较多的10钢薄形工件，一般厚度为1～3mm。这些工件看似又细又薄，但它却是塑壳断路中的关键件，它直接关系到断路器的使用寿命和可靠性。其QPQ盐浴复合处理工艺如图7-32所示。CNO-的质量分数控制在34%～36%。薄形工件经QPQ盐浴复合处理后，完全代替了原来的渗碳淬火，其表面硬度值可达到550～600HV0.1，渗层深度可达到0.35～0.50mm，其中化合物层深度为0.015～0.020mm。该工艺显著的优点就是畸变量很小。

图7-32 薄形工件QPQ盐浴复合处理工艺

8.中速柴油机QT800-2曲轴氧氮共渗

中速柴油机QT800-2曲轴氧氮共渗工艺为：首先进行预氧化（300℃×1h），即曲轴表面的铁与炉内空气中的氧气进行化学反应，生成Fe₃O₄薄膜，此阶段禁止向炉内通入氨气和氮气。480℃开始通入大量的氨气和氮气，尽快地排出炉内的空气，为以后的渗氮做准备。第二阶段是吸收阶段，处理温度为520℃，采用30%～40%的氨分解率，处理时间为2h。第三阶段是扩散阶段，处理温度为570℃，采用40%～60%的氨分解率，处理时间为3h。氧氮共渗处理后，渗层深度为0.20mm，表面硬度为420HV10。

9.49MnVS3柴油机曲轴氧氮碳共渗

49MnVS3柴油机曲轴先在400℃预氧化炉中预氧化2h，渗剂采用氨气加二氧化碳、氮气和保护气体，氮碳共渗在570℃下进行（其工艺如图7-33所示）。氧氮碳共渗处理后，白亮层深度为0.020mm，扩散层深度为0.55mm，表面硬度为769HV0.1，渗氮层脆性为1级，疏松为2级。

图7-33 49MnVS3柴油机曲轴氧氮碳共渗处理工艺

a）预氧化 b）氮碳共渗

10.3Cr3Mo3W2V钢管热冲孔凸模的气体硫氮碳共渗

3Cr3Mo3W2V钢管热冲孔凸模气体硫氮碳共渗工艺分两段进行：先将炉温升至600℃，通入甲醇20min，再将凸模放入炉中，滴入甲醇4～6mL/min，排气15min。关闭甲醇，通入氮碳共渗剂，进行氮碳共渗。共渗剂为甲酰胺加30%（质量分数）尿素，滴量为3～4.5mL/min，时间为1.5～2h。第二阶段关闭氮碳共渗剂滴入阀，通入S、C、N三元共渗剂。共渗剂为甲酰胺加无水乙醇，质量比为2∶1，再加入硫脲20～30g/L，充分溶解，滴量为2.5～5mL/min，时间为1.5～2h。气体硫氮碳共渗处理后，最表层有疏松的FeS存在，渗层深度为0.15mm，表面硬度为600HV0.1，用3号砂纸打磨后表面硬度为1100HV0.1。凸模原来每个能冲100～300根钢管，经硫氮碳共渗处理后的凸模可冲600～1000根钢管。