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渗硫

化学热处理工艺

所谓渗硫(又称硫化)系指钢或铸铁制工件表面渗入硫的化学热处理工艺。渗硫的层深常为数微米至数十微米。渗层的组织可能是FeS、FeS或其混合物。渗硫层有良好的减摩性(使摩擦系数减小2~4倍)，抗粘着磨损(咬死)尤其有效，但却使被渗工件表面的硬度降低。渗硫主要适用于轻负荷、低速运动的工件，如滑动轴承，低速变速箱齿轮、冲压模、钻岩机活塞，汽缸套筒等。

解释说明
渗硫是向工件表层渗入硫的过程。钢铁工件表层形成 薄膜，可达到降低摩擦系数，提高抗咬合性能的目的。
生产上应用较多的是在150-250℃进行的低温渗硫。主要有低温电解渗硫和中温硫氮或硫氰共渗。
低温电解渗硫是将工件置于180-250℃的硫氰酸盐( 、 等)浴中，进行10-20min的电解渗硫。在盐浴中工件接阳极，盐槽接阴极，在渗硫过程中发生如下沉积反应：
具有与二硫化钼或石墨相似的鳞片状结构，属六方晶系， 膜中有许多能吸附润滑油的微细小孔。
硬度低于100HV，而且容易沿六方体的顶面滑移，它不仅可隔绝钢铁摩擦副之间的接触，而且能起良好的润滑作用，因而摩擦系数明显降低，从而起到减磨作用。 渗层厚度一般可达 。此法特别适用于碳素工具钢、渗碳钢、低合金工具钢、轴承钢等制造的工件。
硫氮共渗(硫氰共渗)是将工件置于520~600℃的无氰熔盐中处理1~3h，便可获得一定厚度的渗层。能获得减磨、耐磨与抗疲劳性能。
无氰熔盐硫氮共渗剂的成分为50% +30% +20% ，另加8%~10% ，并将 导入熔盐(1~3L/min)。其中氨为供氮剂，通过氨气流搅动还能减轻 (供硫剂)的比重偏析，使熔盐中活性成分更为均匀。
硫氮共渗对高速钢刀具和模具具有良好的强化效果。例如经 ℃，20~60min硫氮共渗后，钻头、铰刀、铣刀、推刀和铲刀片等刀具的使用寿命显著提高。硫氮共渗后的高速钢刀具加工310~400HBS的凋质件，其寿命能提高1.5~6倍。干摩擦状态下加工的刀具寿命提高2倍以上。
渗硫处理
渗硫处理(又称硫酸盐处理)是使钢的表面吸收硫(S)的一种过程，它用于提高工具的耐磨性，同时能使表面光洁度提高1~2级。对于高速钢和高铬钢制的工具，在560℃下进行渗硫处理。
工具在经过了最后热处理和磨削以后， 再进行表面渗硫处理。
经过渗硫处理后，在金属表面上生成一层厚0.1~0.3毫米的硫化铁或二硫化铁。这层硫化物能降低刀具的摩擦力，因而增加刀具表面的耐磨性；同时，由于它减低了金属分子间的粘附作用，减少工具与被加工金属的“咬死”现象，大大提高了工具的使用寿命。
在进行渗硫处理以前，工具要经过去油：在热水中清洗和干燥；需要时可采用碱液化学去油法。
高速钢和高铬钢制的工具可以在固体渗硫剂中或熔融的混合盐中进行渗硫处理。
固体渗硫剂的成分：硫化铁94%，氯化铵3%，石墨3%(粉状石墨是防止工具表面和渗硫剂互粘在一起)。
配制时，将硫化铁捣碎成粉状，用50~100孔的筛子筛选，与粉状石墨搅拌均匀，最后加入氯化铵。第二次配制时，用80%旧的和20%新的渗硫剂。
装箱时先在箱底撒一层厚20~30毫米的渗硫剂，然后放上工具，工具之间相隔15~20毫米，合上箱盖用耐火泥涂封。
装炉温度540~560℃。渗硫处理后整箱取出空冷，待降温至100℃以下即开箱取出工具在水槽中清洗。最后在200~220℃回火2~3小时，以减少工具的脆性。 ·
在熔融的混合盐中进行液体渗硫处理时，采用的混合盐成分如图1所示。
渗硫处理用的盐浴，按下面的方法配制：将中性部分盐浴剂(氯化钠，氯化钡和氯化钙)加热至150~200℃,消除水分，然后放入坩埚内熔化。再把经150~200孔筛选的硫化铁()倒入，然后放入细碎的干状硫酸钠() 和硫代氰化钾()，最后再放黄血盐[]。有的资料上建议将黄血盐分二次加入，先放50%黄血盐，另外的50%在8小时后再放入。
硫化铁和黄血盐应缓慢地倒入，否则会产生大量泡沫。
待完全熔化后，从液面上把盐渣清除掉，撒上一层细石墨粉，防止氧化和减少盐的损耗。为使盐液熔化得更好和混合得更均匀起见，要将其先加热到600~610℃，然后再使温度降到560℃。
每8小时需加入相当于渗硫工具重量1~1.5%的新盐。
各种高速钢刀具固体渗硫和液体渗硫时的保温时间如图2所示。
工具在渗硫处理后放入热水中清洗，然后在ll0～125℃的热油中加热5～10分钟以防止发生腐蚀。之后，用锯屑将工具擦净。
钢经渗硫处理后，表面呈灰色，硬度一般增加1～2个洛氏C单位(有时发现硬度几乎不变)。
渗硫处理开始应用到工具上还是前不久的事。因此，这方面的资料尚很缺乏，而且对渗硫处理的效果不同资料上介绍的情况也有出入。普遍的看法认为，渗硫处理对工具耐用性的影响，可能比氰化处理的影响小。
渗硫工艺
(1)粉末渗硫
所用渗剂有下列两种：
①40% 、59% 和1% ；
②75% ，20% 和5% 。
两种渗剂的使用温度均为560~930℃，其中应用第二种渗剂处理后工件表面的质量较优。
(2)热浴渗硫
+1% +0.2%
使用温度为150~170℃，渗硫后进行600℃扩散退火。渗剂中加入碘可以抑制硫的粘度上升；加入铁的目的则是为了防止硫对钢件表面的浸蚀。
(3)液体浸渍渗硫
所用渗剂成分及使用温度如下：
成分：100% ；
使用温度：90~180℃。
成分：50% 及50% ；
使用温度：140~180℃。
成分：75% 、25% ；
使用温度：180~200℃。
在浴槽中处理45~60分钟，可得几微米厚的渗层。
(4)盐浴电解渗硫
处理时工件接阳极，浴槽接阴极；由于工件接阳极，故无氢脆问题。所用盐浴成分、电流密度及处理温度如下。
成分：75% 、25% ，外加总0.1% 及0.9% ；
电流密度：1.5~2.5安/分米；
使用温度；150~200℃，处理15分钟。
成分：30~70% 及70~30% ；
电流密度：10安/分米；
使用温度；150~200℃。
成分：70% 、20% 及10% ；
电流密度；5安/分米；
使用温度：160~180℃。 ’
适用于不锈钢及表面淬火钢。
(5)真空蒸发渗硫
在真空度为 乇容器中，硫蒸发而渗入工件表面，处理温度为150~500℃。
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