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渗硫与渗氮工艺

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渗硫和渗氮是两种不同的表面处理工艺，它们在钢铁表面处理中有着广泛的应用。下面将对这两种工艺进行详细的介绍。

渗硫工艺是一种在钢铁表面形成硫化物膜的处理方法。它通常在高温下进行，使硫渗透到钢铁表面的微孔中，形成一层致密的硫化物膜。这种膜具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，能够提高钢铁表面的性能。

渗硫工艺的过程主要包括以下几个步骤：

1. 表面清洗：首先需要对钢铁表面进行清洗，去除表面的油污、杂质和水分等污染物，以确保表面清洁。

2. 预热：在渗硫之前，需要对钢铁表面进行预热，使其温度达到一定水平，以促进硫的渗透。

3. 渗硫处理：将钢铁放入渗硫设备中，在高温下进行硫渗透处理。这个过程通常需要一定的时间，以使硫能够充分渗透到钢铁表面的微孔中。

4. 冷却：处理完成后，需要将钢铁表面冷却至室温。

渗硫工艺的优点包括：提高表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性，提高零件的使用寿命；降低零件的噪音和震动；减少摩擦系数，提高工作效率等。然而，渗硫工艺也存在一些缺点，例如处理过程中会产生有毒气体，需要严格控制处理环境的安全性；此外，渗硫层的厚度和均匀性难以控制，需要较高的工艺水平。

渗氮工艺是一种在钢铁表面形成氮化物膜的处理方法。它是在高温下将氮渗透到钢铁表面的微孔中，形成一层氮化物膜。这种膜具有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性，能够提高钢铁表面的性能。

渗氮工艺的过程主要包括以下几个步骤：

1. 表面清理：与渗硫工艺一样，也需要对钢铁表面进行清理，去除表面的油污、杂质和水分等污染物。

2. 预热：与渗硫工艺相同，也需要对钢铁表面进行预热，以促进氮的渗透。

3. 渗氮处理：将钢铁放入渗氮设备中，在高温下进行氮渗透处理。这个过程通常需要较长的时间，以使氮能够充分渗透到钢铁表面的微孔中形成氮化物膜。

4. 冷却：处理完成后，需要将钢铁表面缓慢冷却至室温。

渗氮工艺的优点包括：提高零件的硬度、耐磨性和抗腐蚀性；改善零件的疲劳强度和抗冲击性能；减少摩擦系数，降低噪音和震动等。然而，与渗硫工艺相同，渗氮工艺也存在一些缺点，例如处理过程中会产生有毒气体，需要严格控制处理环境的安全性；此外，渗氮层的均匀性和质量也需要得到有效控制。

总的来说，渗硫和渗氮这两种工艺都是为了提高钢铁表面的性能，但在处理方法和效果上有所不同。在实际应用中，需要根据具体需求和材料性质选择合适的处理工艺。

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从离子渗硫到润滑耐磨梯度材料

从离子渗硫到润滑耐磨梯度材料

从离子渗硫到润滑耐磨梯度材料

张弋飞1 张昕辉2 金康3

（1. 北京坚润表面材料研究所，北京 100034 2.北京领异表面材料工程公司，北京 100034

3．全国热处理生产力促进中心，北京100083）

摘要：从专利、文献的角度分析了离子渗硫技术、设备在冶金、机械等领域的进展和应用情况。润滑耐磨梯度材料是离子渗硫的发展。

关键词：离子渗硫；梯度材料；润滑；耐磨

中图分类号：TG174.444 文献标识码：B 文章编号：1000-3738（200 ）0 –00 -0

From Ion Sulfurization To Lubrication Gradient

Material

ZHANG Yi-fei1 ZHANG Xin-hui2 JIN Kang3

(1. Beijing Tough ＆Lubricant Surface Material Inst., Beijing, 100034, China

2．Beijing Creative Surface Material Engineering Co.,Ltd，Beijing, 100034, China.

3.Productivity Promotion Center for Heat Treatment，Beijing, 100083, China )

Abstract: Ion sulfurization technologies & equipment are introduced

from the patents Ａnd literatures, especially its progress Ａnd

application in metallurgy Ａnd machinery fields. The lubrication

wear-resistance gradient material is the development of ion

离子渗氮工艺原理

离子渗氮工艺原理

离子渗氮工艺原理

【2009-1-8】

﹝一﹞ 钢的渗氮

渗氮是把氮渗入钢件的表面，形成富氮硬化层的化学热处理过程。

在工业生产中，常用的工艺方法有：气体渗氮、盐浴渗氮和离子渗氮。

1．渗氮工艺的特点

﹝1﹞渗氮后的零件表面具有高的硬度、耐磨性、疲劳强度和低的缺口敏感性。

﹝2﹞渗氮温度较低，一般在500-600℃，而且，渗氮层的高硬度可以由渗氮直接得到，不需要经过较高温度的加热和淬火。所以，渗氮工艺的变形是最小的，常常作为零件的最后一道工序。

﹝3﹞渗氮层有较高的抗腐蚀性能。

2．渗氮工艺的化学过程

渗氮和其他化学热处理工艺一样，也是由分解、吸收、扩散三个基本过程组成的。

﹝1﹞分解

渗氮介质﹝通常为氨气﹞通过热分解或其他方法，生成活性氮原子。

﹝2﹞吸收

钢表面吸收氮原子，形成氮在铁中的固溶体和氮化物。

﹝3﹞扩散

氮从表面高浓度的饱和层向钢内层深处进行扩散，形成一定深度的渗氮层。

3．渗氮层的组织

根据Fe-N状态图，渗氮层主要由α、γ、γ，、ε四个相组成。

﹝1﹞α相

氮在α-Fe中的间隙固溶体。最大溶解度为0.1％。

﹝2﹞γ相

氮在γ-Fe中的间隙固溶体。

﹝3﹞γ，相

为一可变成分的间隙相化合物，含氮量在5.7-6.1％之间，成分符合Fe4-N。

﹝4﹞ε相

是含氮量变化范围相当宽的化合物，成分在8.25-11.0％之间变化。ε相硬度高，脆性大。

4．合金元素的作用

碳钢和合金钢中由于碳和合金元素的作用，也影响渗氮层的形成。

碳的存在会使氮的扩散受阻，减小渗氮层的厚度。

钢中大部分合金元素都能形成氮化物，按氮化物的稳定性﹝稳定性越高，硬度也越高﹞次序排列依次为：Ti、Al、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。所以，为了在表面得到高的硬度和耐磨性，必须向钢中加入能与氮形成稳定氮化物的合金元素。同时，V、W、Mo、Cr等合金元素还能改善钢的组织，提高心部的强韧性。

合金元素也会使氮的扩散受阻，减小渗氮层的厚度。

常用渗氮钢种及渗氮的工艺参数

常用渗氮钢种及渗氮的工艺参数

常用渗氮钢种

类别 钢号 渗氮厚的主要性能 主要用途及备注

低碳钢 08, 08Al, 10, 15, 20, A3, 20Mn, 30, 35 抗大气与水的腐蚀 螺栓、螺帽、销钉、把手等零件

中碳钢及中碳低合金钢 40, 45, 50,40Cr, 50V 提高耐磨与抗疲劳性能或提高耐大气及水的腐蚀性能 曲轴，阶梯轴，低档齿轮等零件

低碳合金钢 18Cr2Ni4WA18CrNiWA, 20Cr 20CrMnTi, 25CrNiWA, 25CrNiWA,

25Cr2MoVA 耐磨、抗疲劳性能优良且心部韧性高，可在受冲击条件下工作 轻负荷齿轮、齿圈等中、高档精密零件

中碳合金钢 38CrMoAlA, 38Cr2MoAlA35CrMo, 35CrNiMoA, 42CrMo,

40CrNiMoA, 30Cr3WA, 30CrMnSiA, 30Cr2Ni2WVA, 40Cr,

38CrWVAlA, 50CrVA 耐磨性抗疲劳性能优良，心部强韧好，38CrMoAlA及38Cr2MoAlA渗氮后硬度很高耐磨性优良，抗疲劳性较好，但不宜受冲击 机床主轴，镗杆坦克及飞机发动机主轴等

模具钢 Cr12, Cr12Mo, Cr12MoV, 3Cr2W8, 3Cr2W8V, 4Cr5MoVSi,

4Cr5W2VSi, 5CrNiMo5CrMnMo 耐磨，抗热疲劳，红硬性良好，有一定的抗冲击疲劳性能 冷冲模，拉伸模，落料模，非铁金属压铸模等模具

工具钢 W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2, W18Cr4VCo5 耐磨性及红硬性优良 高速钢铣刀等多种刃具

铁素体型、奥氏体型及马氏体时效硬化型钢 4Cr13, 2Cr13, 3Cr134Cr13, 15Cr11MoV, 15Cr12MoV,

1Cr18Ni9Ti, 45Cr14Ni, 14W2Mo, 25Cr18Ni8W2, 17Cr18Ni9,

40Cr14Ni9Cr3A1V2, 1Cr14Ni14W2Mo, 1Cr17Ni13Mo2Nb,

车轴钢表面渗氮／渗硫复合层的扭动微动磨损研究

车轴钢表面渗氮／渗硫复合层的扭动微动磨损研究

６６　材料工程／２０１３年７期　

车轴钢表面渗氮／渗硫复合层的　

扭动微动磨损研究　

Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　Ｆｒｅｔｔｉｎｇ　Ｗｅａｒ　ｏｆ　Ｓｕｌｆｕｒｉｚｅｄ—ｎｉｔｒｉｄｅｄ　

Ｌａｙｅｒｓ　Ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｏｎ　Ａｘｌｅ　Ｓｔｅｅｌ　

顾和根　，蔡振兵　，岳文　，彭金方　，朱曼昊　

（１西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所，成都６１００３１；　

２中国地质大学（北京）工程技术学院，北京１０００８６）　

ＧＵ　Ｈｅ—ｇｅｎ　．ＣＡＩ　Ｚｈｅｎ—ｂｉｎｇ　，ＹＵＥ　Ｗｅｎ　，ＰＥＮＧ　Ｊｉｎ—ｆａｎｇ　，ＺＨＵ　Ｍｉｎ—ｈａｏ　

（１　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，　

Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ；　

２　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ　

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｅｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：通过对ＬＺＳ０车轴钢表面进行渗氮／渗硫复合处理，在其表面形成渗氮／渗硫复合层。在对复合层进行表征的基础　上，研究了复合层和基体在干态不同角位移幅值下的扭动微动磨损行为。结果表明：渗氮／渗硫复合层由ｅ—Ｆｅｚ。Ｎ，　Ｌ　Ｆ。　Ｎ，ＦｅＳ和ＦｅＳ　相组成；复合层改变了ＬＺ５０钢的扭动微动运行区域，使得混合区减小，滑移区向小角位移方向移动；　由于高硬度的渗氮层支撑和渗硫层润滑作用，复合层的摩擦扭矩在部分滑移区和滑移区低于ＬＺＳ０钢；与ＬＺＳＯ钢相比，　复合层的磨损程度明显降低，在部分滑移区损伤轻微，在混合区和滑移区，复合层的损伤主要表现为剥层，磨粒磨损和氧　

化磨损。　关键词：摩擦磨损；微动磨损；扭动微动；渗氮／渗硫复合处理　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３８１．２０１３．０７．０１３　中图分类号：ＴＨ１１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３８１（２０１３）０７—００６６—０７