1.硫氮碳共渗概述

在氮碳共渗的基础上加入含硫的物质，实现硫、氮、碳三种元素同时渗入工件表面的化学热处理工艺，称为硫氮碳共渗。硫氮碳共渗旨在提高工件的耐磨性、减摩性及抗疲劳、抗咬合能力。实践证明，经硫氮碳共渗后，工件性能和使用寿命明显优于氮碳共渗。

硫氮碳共渗层的组织结构：最外层为0～10μm左右的FeS层，次层为FeS Fe_2～3（N，C）、M_xN_y、Fe₄N和Fe₃O₄组成的化合物层，以里为氮的扩散层。

由于Fe_2～3（N，C）和Fe₃O₄组成的渗层在盐、碱和工业大气中具有一定的耐蚀性，因此，硫氮碳共渗，特别是氧硫氮碳共渗或者在硫氮碳共渗后再进行一次氧化处理，则在非酸性介质中的耐蚀性相当好。当需要共渗层具有一定的接触疲劳强度时，应考虑渗层深度等问题。

硫氮碳共渗常用的方法有：盐浴共渗法、气体共渗法和离子共渗法等。

2.气体硫氮碳共渗

实例1 4Cr5MoSiV1钢热挤压模具经870℃保持1.5h预热后，在1040℃加热，保持60min后于油中冷至150℃左右出油；在590℃回火2h后空冷；然后在RJJ-35-9型井式气体渗碳炉中，利用甲醇与无水乙醇按3∶1（体积比）混合后，加入8～10g／L的硫脲作为共渗剂，进行气体硫氮碳共渗。

排气阶段以60～80滴／min供给量滴入乙醇排除炉内空气，保持炉内压力为350～400Pa。共渗阶段以120～140滴／min的供给量滴入炉中，炉内压力为200～300Pa。

硫氮碳三元共渗工艺：工件清洗、除锈、脱脂后装炉，在570℃加热保持3h油冷处理结果：最外层为9.6μm厚度的FeS化合物；次层为点状分布的FeC＋Fe_2～3（N，C）和含氮的马氏体，以里为扩散层。

实例2 W6Mo5Cr4V2钢钻头经850℃预热后，在1220～1240℃加热后于油中冷至150℃左右出油，在540～560℃回火3次（每次1.5h）空冷。然后，在RJJ-35-9型井式气体渗碳炉中，利用三乙醇胺、无水乙醇及硫脲按100∶100∶2（体积比）混合制成滴注剂，共渗时通入氨气进行气体硫氮碳共渗：排气阶段以60～80滴／min供给量滴入乙醇排除炉内空气，保持炉内压力350～400Pa。共渗阶段以100～120滴／min的供给量将滴注剂滴入炉中，同时以0.1m³／h的供给量通入氨气。炉内压力保持在200～300Pa。

硫氮碳共渗工艺：工件清洗、除锈、脱脂后装炉，在550～560℃加热保持3h后油冷。处理结果：表面硬度为1190HV，共渗层深度为0.052mm。

3.离子硫氮碳三元共渗

实例1 W18Cr4V钢工模具按正常的淬火＋回火工艺处理后，再于HLD-35型离子渗氮炉中，利用氨气及乙醇＋二硫化碳的混合蒸汽为渗剂进行离子硫氮碳共渗。(www.daowen.com)

离子硫氮碳共渗所用渗剂的配方：首先将乙醇（C₂H₅OH）与二硫化碳（CS₂）按2∶1（体积比）制成混合液，然后再将混合液蒸汽与氨气（NH₃）按1∶20（体积比）制成混合气通入炉内。

离子硫氮碳共渗工艺参数如下：

1）混合气按30L／h通入炉内。

2）炉内压力为266.6～533.3Pa。

3）电压为500～600V，电流密度为2mA／cm²。

4）处理温度为（550±10）℃；保持时间为15～30min。

处理结果：渗层深度为0.10～0.14mm。

实例2 3Cr2W8V钢铝合金压铸模首先按图2-14所示工艺进行淬火和回火；然后在HLD-50型离子渗氮炉中，利用氨气及乙醇＋二硫化碳的混合蒸汽为渗剂，进行硫氮碳共渗。

渗剂配方同上例。具体工艺操作如下：准备工作完成并装炉后，首先通氨气（按500L／h），在520～540℃加热进行渗氮2～3h；然后炉内负压吸入制备好的共渗混合气继续保持1h后再进行油中冷却。

图2-14 3Cr2W8V钢压铸模热处理工艺

处理结果：渗层深度为0.18～0.20mm，化合物层厚度为15μm，表面硬度为500 600HV0.1，抛光后硬度为1000～1500HV0.1。