【摘要】：目的基于硫化處理能夠減弱摩擦界面"咬合力"的特點(diǎn),通過(guò)低溫液體工藝對(duì)Bohler W360熱作模具鋼進(jìn)行了滲硫處理,以期進(jìn)一步改善模具抗擦傷性能。方法采用硫粉、氫氧化鈉和去離子水三元堿性滲劑體系,設(shè)計(jì)不同的硫含量,以研究硫濃度對(duì)滲層組織的影響,利用SEM-EDS和XRD對(duì)滲硫?qū)有蚊埠徒Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過(guò)洛氏硬度計(jì)和MRH-3A高速環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī),分別對(duì)滲硫前后材料的表面硬度和摩擦磨損性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。結(jié)果通過(guò)低溫液體滲硫工藝,W360模具鋼表面滲硫?qū)右蛄蚝坎煌謩e形成了"板結(jié)"結(jié)構(gòu)和"微顆粒+空隙"結(jié)構(gòu),XRD結(jié)果表明滲硫?qū)佑蒄e S和Fe S2構(gòu)成。硬度測(cè)試顯示,滲硫后,W360模具鋼的表面硬度未發(fā)生變化(52~53HRC),與原始硬度一致。但摩擦磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,硫化處理可以顯著降低摩擦初期W360鋼的摩擦系數(shù),磨損失重和磨痕寬度等數(shù)據(jù)揭示硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí),抗擦傷性最佳。結(jié)論低溫液體滲硫工藝通過(guò)降低模具鋼表面摩擦系數(shù),能夠提高材料的抗擦傷性能,滲劑中硫元素的含量對(duì)滲層組織和抗擦傷性能有顯著的影響。
【圖文】：

·136·表面技術(shù)2017年9月圖1滲硫?qū)颖砻嫘蚊睸EM照片F(xiàn)ig.1SEMofsulfurizationlayer時(shí)，“板結(jié)態(tài)”最嚴(yán)重。“板結(jié)”狀結(jié)構(gòu)與基體的結(jié)合力弱，在摩擦過(guò)程中，板-板間的縫隙等同于裂紋缺陷，導(dǎo)致“板塊”易于脫落，且“板內(nèi)”因不能良好地儲(chǔ)油，潤(rùn)滑性較差。硫含量為1.5%時(shí)，滲硫?qū)有蚊舶l(fā)生了顯著變化，形成了“微顆粒+空隙”結(jié)構(gòu)，形態(tài)似“韌窩”斷口，顆粒之間以及顆粒內(nèi)部疏松多孔，孔隙可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，在摩擦表面易形成油膜，有利于達(dá)到“流體+固體”的協(xié)同潤(rùn)滑作用[17]。調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)低溫液體工藝滲硫?qū)颖砻嫘蚊驳幕A(chǔ)研究較少，“板結(jié)”與“微顆粒+空隙”兩種結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制目前尚缺乏系統(tǒng)的理論分析，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除了滲劑中硫元素的含量不同外，其他的工藝參數(shù)完全相同（滲硫溫度、滲硫時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、試樣表面預(yù)處理等），故可推斷硫濃度對(duì)滲硫?qū)有蚊财痍P(guān)鍵作用。不同組織形貌的滲硫?qū)訉?duì)材料的抗擦傷性和耐磨性具有不同的作用，由圖1可推斷，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，材料的抗擦傷性最佳。圖2和表3為W360模具鋼滲硫?qū)拥腅DS能譜圖和數(shù)據(jù)。由圖2、表3可以看出，W360鋼經(jīng)低溫液體工藝滲硫后，表面均形成了含硫的化合物層，但因滲劑的硫含量不同，導(dǎo)致表面層的硫濃度不同。當(dāng)滲劑中S含量為1%和2%時(shí)，S元素的譜峰較低，表面層硫濃度也較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.4%和3%；當(dāng)滲劑中硫含量為1.5%時(shí)，S峰明顯提高，硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了10.1%。圖2滲硫?qū)颖砻鍱DS能譜圖Fig.2EDSofsulfurization表3滲硫表面EDS數(shù)據(jù)Tab.3EDSdataofsulfurization試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%原子數(shù)分?jǐn)?shù)/%COSFeCOSFe1#14.5211.641.4456.9636.5821.991.3630.872#29.9313.2710.1227.6551.7723.616.5610.293#9.7111.933.0064.292

囝停囡諛Σ簾礱嬉仔緯捎湍ぃ?有利于達(dá)到“流體+固體”的協(xié)同潤(rùn)滑作用[17]。調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)低溫液體工藝滲硫?qū)颖砻嫘蚊驳幕A(chǔ)研究較少，“板結(jié)”與“微顆粒+空隙”兩種結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制目前尚缺乏系統(tǒng)的理論分析，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除了滲劑中硫元素的含量不同外，其他的工藝參數(shù)完全相同（滲硫溫度、滲硫時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、試樣表面預(yù)處理等），故可推斷硫濃度對(duì)滲硫?qū)有蚊财痍P(guān)鍵作用。不同組織形貌的滲硫?qū)訉?duì)材料的抗擦傷性和耐磨性具有不同的作用，由圖1可推斷，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，材料的抗擦傷性最佳。圖2和表3為W360模具鋼滲硫?qū)拥腅DS能譜圖和數(shù)據(jù)。由圖2、表3可以看出，W360鋼經(jīng)低溫液體工藝滲硫后，表面均形成了含硫的化合物層，但因滲劑的硫含量不同，導(dǎo)致表面層的硫濃度不同。當(dāng)滲劑中S含量為1%和2%時(shí)，S元素的譜峰較低，表面層硫濃度也較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.4%和3%；當(dāng)滲劑中硫含量為1.5%時(shí)，S峰明顯提高，硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了10.1%。圖2滲硫?qū)颖砻鍱DS能譜圖Fig.2EDSofsulfurization表3滲硫表面EDS數(shù)據(jù)Tab.3EDSdataofsulfurization試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%原子數(shù)分?jǐn)?shù)/%COSFeCOSFe1#14.5211.641.4456.9636.5821.991.3630.872#29.9313.2710.1227.6551.7723.616.5610.293#9.7111.933.0064.2922.5621.952.3843.012.2滲硫?qū)拥奈锵嘟M成取滲硫?qū)咏M織和形貌較好的2#試樣（硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%）進(jìn)行XRD物相分析（如圖3所示）。由圖3可知，，滲硫?qū)映?Fe外，形成了部分的FeS和FeS2。鐵的硫化物通過(guò)自潤(rùn)滑性提高了滲硫工件抗擦傷性能和耐磨性，但有文獻(xiàn)指出[18]，具有減摩作用的圖32#滲硫試樣滲硫?qū)覺RD圖Fig.3XRDof2#sulfurizedspecimen

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