機(jī)械零件的失效和破壞大多數(shù)都萌發(fā)在表面層，特別是在可能引起磨損、疲勞的條件下工作的零件，表面層的性能尤為重要。化學(xué)熱處理是利用化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)兼用物理方法改變鋼件表層化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)，以便得到比均質(zhì)材料更好性能的金屬熱處理工藝。我公司對(duì)軸銷類鋼件通常采用氣體氮碳共滲的化學(xué)熱處理方法，以提高其耐磨性。但有一些零件經(jīng)過(guò)氮碳共滲后在使用過(guò)程中出現(xiàn)了一定程度的咬合現(xiàn)象，有必要找到出現(xiàn)這種情況的原因以及工藝改進(jìn)方法。
　　1.問題原因分析
　　對(duì)軸銷類鋼件進(jìn)行氮碳共滲，可以提高其耐磨性。經(jīng)化學(xué)熱處理后的鋼件，實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為是一種特殊復(fù)合材料。心部為原始成分的鋼，表層則是滲入了合金元素的材料。心部與表層之間是緊密的晶體型結(jié)合，它比電鍍等表面防護(hù)技術(shù)所獲得的心、表部的結(jié)合要強(qiáng)得多。
　　鋼鐵零件形成配合關(guān)系后，在較大載荷下配合面之間會(huì)有粘在一起的可能，這就是咬合。咬合現(xiàn)象的本質(zhì)是摩擦焊合與機(jī)械合金化。缺少潤(rùn)滑和摩擦生熱是出現(xiàn)咬合現(xiàn)象的重要原因。氮碳共滲使鋼件表面產(chǎn)生的滲層主要是由氮碳化合物和氮碳固溶體組成的。碳原子在氮碳共滲的過(guò)程中主要起加速作用，而氮化物則有增加材料表面硬度的功能，因?yàn)槠浔旧砭哂懈哂捕?。因此，用氮碳共滲的方法來(lái)提高鋼件的耐磨性是通過(guò)提高其表面硬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在配合面沒有潤(rùn)滑劑的情況下，有出現(xiàn)咬合的傾向和可能性。
　　2.工藝改進(jìn)方法
　　經(jīng)分析，將氣體氮碳共滲改為鹽浴硫氮碳三元共滲可以解決咬合問題。硫氮碳共滲實(shí)質(zhì)上是滲硫與氮碳共滲的結(jié)合。與氮碳共滲相比，硫氮碳共滲的優(yōu)點(diǎn)在于能使鋼件表面覆蓋一層韌而硬度較低的硫化物層，使摩擦接觸表面具有良好的磨合性，同時(shí)該層的微孔中可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，加之硫化物本身的摩擦系數(shù)較低，所以經(jīng)硫氮碳共滲的鋼件具有良好的抗咬合性、減摩性。此外，由于硫的滲入，改變了氮碳化合物的分層狀態(tài)，減小了滲層脆性和剝落傾向。但硫氮碳共滲層抗摩擦磨損的能力比氮碳共滲要差一些。
　　從理論上講，經(jīng)過(guò)硫氮碳三元共滲的工件表面會(huì)形成硫氮碳化合物層，而該層又分為外側(cè)的疏松層和內(nèi)側(cè)的致密層兩部分，如附圖所示。疏松層即上文提到的硫化物層，主要由FeS、FeS2組成；致密層主要由氮碳化物組成，氮碳化物具有高硬度和高耐磨性的特點(diǎn)。因此，鋼件經(jīng)硫氮碳三元共滲后，其表面耐磨性的提高，是建立在致密層的高硬度和疏松層的低摩擦系數(shù)二者共同作用的基礎(chǔ)上的。　　我公司軸銷類鋼件主要為45鋼，其鹽浴硫氮碳三元共滲在565℃進(jìn)行150min，CNO-濃度為（34±2）%。需要指出的是，工件在不同工況中所需的耐磨性、減摩性、抗咬合性略有不同，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)性能要求調(diào)整硫氮碳三元共滲工藝過(guò)程中的溫度、時(shí)間及離子濃度等參數(shù)。通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的控制，可以改變?nèi)矟B工件表面疏松層、致密層及整個(gè)化合物層的深度，進(jìn)而調(diào)整其性能。
　　3.結(jié)語(yǔ)
　　采用硫氮碳三元共滲代替氮碳共滲可以解決軸銷類鋼件在使用過(guò)程中出現(xiàn)咬合現(xiàn)象的問題。鋼件經(jīng)硫氮碳三元共滲后，其表面耐磨性的提高，是建立在致密層的高硬度和疏松層的低摩擦系數(shù)二者共同作用的基礎(chǔ)上的。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過(guò)對(duì)硫氮碳三元共滲工藝過(guò)程中溫度、時(shí)間及離子濃度等參數(shù)的控制來(lái)調(diào)整鋼件的性能。