离子硫氮碳共渗工艺优化方案

渗硫层只有结合在高硬度的基体上，才能充分发挥硫化物的减摩润滑作用。因此，实际生产中应用较多的是离子硫氮共渗和离子硫氮碳共渗。

1.离子硫氮共渗

一般采用NH₃和H₂S作为共渗剂进行离子硫氮共渗，φ（NH₃）∶φ（H₂S）为10∶1～30∶1。图9-57所示为20CrMnTi钢在不同气氛下离子硫氮共渗层的硬度分布。气氛配比对离子硫氮共渗层硬度、深度和硫含量的影响见表9-27。硫的渗入，不仅在工件表面形成硫化物层，而且还对渗氮过程起到一定的催渗作用。气氛中硫含量存在一个最佳配比，硫含量太高易形成脆性FeS₂相，出现表层剥落。

图9-57 20CrMnTi钢在不同气氛下的离子硫氮共渗层硬度分布

1—φ（NH₃）∶φ（H₂S）=10∶1 2—φ（NH₃）∶φ（H₂S）=20∶1 3—φ（NH₃）∶φ（H₂S）=30∶1 4—φ（NH₃）∶φ（H₂S）=60∶1

注：离子硫氮共渗工艺为570℃×2h。

表9-27 气氛配比对共渗层硬度、深度及硫含量的影响

注：离子硫氮共渗工艺为（520±10）℃×2h。

离子硫氮共渗已用于工具、模具及一些摩擦件处理，该工艺具有比其他共渗方法更高的效率（见表9-28）。(www.xing528.com)

表9-28 高速钢不同共渗方法的渗速比较

2.离子硫氮碳共渗

离子硫氮碳共渗可用NH₃（或N₂、H₂等）加入H₂S及CH₄（或C₃H₈等）作为处理介质。如20CrMo钢在φ（N₂）为20%～80%、φ（H₂S）为0.1%～2%、φ（C₃H₈）为0.1%～7%及余量H₂（或Ar）的气氛中，进行400～600℃离子硫氮碳共渗，硫化物层可达3～50μm，表面硬度为600～700HV。

由于采用硫化亚铁与稀盐酸反应制备H₂S的方法工艺性较差，且H₂S对管路的腐蚀和环境污染严重，因而在实际生产中，大多数采用CS₂作为供硫剂及供碳剂。可将无水乙醇与CS₂按2∶1（体积比）的比例制成混合液，依靠炉内负压吸入，再以氨气与混合气按20∶1～30∶1（体积比）的比例向炉内送气，即可进行硫氮碳共渗。共渗时硫的通入量同样不能太大，否则将引起表面剥落。图9-58和图9-59所示分别为3Cr2W8V钢离子硫氮碳共渗工艺曲线和硬度分布曲线。

图9-58 3Cr2W8V钢离子硫氮碳共渗工艺曲线

图9-59 3Cr2W8V钢离子硫氮碳共渗层硬度分布曲线