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QPQ盐浴复合处理技术的根本原理及操作留意事项QPQ是英文Quench—Polish—Quench的字头缩写原意为淬火f光一淬火,在国内把它称作QPQ盐浴复合处理技术,其中〃盐浴复合〃的含义哥旨在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件QPQ盐浴复合热处理技术既可以使工件几乎不变形,同时又可以大幅度提高金属外表的耐磨性、抗蚀性,是一种的金属外表强化改性技术这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合,氮化物和氧化物的复合,耐磨性和抗蚀性复合,热姐1技栉邯方腐技术的复合我司经过多年的实践独立开发了成分独特的渗氮盐浴配方,其中添加了一种特别的氧化剂,使盐浴中的有害氧根含量保持在
0.2%以下,同时盐浴中的有效成分氨酸根含量长期保持稳定试验说明,现有气体软氮化和离子渗氮根本上都可以用QPQ盐浴复合处理技术来代替,而且可以大为提高工件的耐磨性和抗蚀性其抗蚀性可到达C u-Ni-Cr多层电镀的水平,成功的应用于气弹簧、刀具、模具、纺织机械、汽车等行业,通过对零件的滑动磨损试验,耐磨性比发黑处理高出几百倍通过海水防腐试验,QPQ处理的零件均比发黑处理的零件提高几十倍,效果很好由于技术,所以工艺上就有其独特的要求,操作中必需严格规范,工件才能到达耐磨性和抗蚀性的要求,并得到较为美观的夕俵(黑亮色)下面就工艺中几个关键步骤加以分析争辩
一、QPQ技术的根本工艺过程
1、工件清洗---清水漂洗一预热一盐浴氮化一盐浴氧化一冷水冷却一热水浸泡一清水漂洗一烘干一抛光一二次氧化一抛光一包装预热〔空气炉〕350-400℃,20-30min氮化〔盐浴炉〕550-580℃、60-180min氧化炉〔盐浴炉〕370-400℃、20-40min预热的作用预热的作用是烤干工件外表的水分,使冷工件升温后再入氮化炉,以防带水工件入氮化炉后引起盐浴溅射和防止冷工件入炉后氮化炉温度下降太多一般温度下降不超过30℃,同时预热对削减工件变形和获得色泽均一的外观也有肯定的作用氮化氮化是QPQ盐浴复合处理技术的核心工序,由于氮化盐浴中氨酸根[CNOJ的分解产生活性氮原子,在金属外表形成耐磨和抗蚀性很高的化合物层和耐疲乏的集中层氧化氧化的主要作用可使工件从氮化炉带出的盐中的氟根〔CNJ彻底分解,消退公害,同时在工件俵形成黑色的氧化膜〔FjO/,增加抗蚀性,对提高耐磨也有肯定的好处
2、渗层外貌及特征QPQ盐浴复合处理以后在钢的外表形成的渗层外貌最外面是氧化膜,主要成分是〔FeO1,氧化物层里面是化合物层,也称“白亮层〃,主要成分是Fe2,CN,化合物层以内是集中层,1化合物层化合物层是QPQ盐浴复合处理技术所形成的渗层中最重要的局部,对渗层的耐磨性和抗蚀性都起主导作用通过金相分析,如图S45c和35CrMo在不同的氮化时间的金相图35CrMo化合物层x400QP120min35CrMo化合物层x400QPlOOmin S45C化合物层x400QP120min S45c化合物层x400QPlOOmin在QPQ盐浴复合处理过程中,随着C、N元素的不断渗入,到达肯定浓度后,形成了化合物层Fe
2.N和Fe
2.CN,对碳钢基体来说,化合物层的硬度HV
0.1/15至少在500以上,对低碳钢及中碳钢经QPQ处理以后,硬度在500-700〔单位Kg/mm2],化合物层即白亮层深度一般在10-25Rm〔生产工艺不同,渗层也不一样〕合金钢如;38CrMoAL5CrMnMo等氮化钢,硬度到达900-1100渗层在9-15um,化合物层是耐磨、抗蚀的核心渗层,所以在做渗层检查时,都以检测化合物层为主,化合物层的深度与工艺条件〔CNO%浓度、氮化时间及氮化温度〕影响较大在工艺条件一样的时,化合物层的深度主要取决于合金元素的含量,对于高合金钢硬度高,不但渗层浅而集中层也浅2集中层集中层是只在显微镜下观看到的化合物层与中心之间那层暗黑色组织由于氮的浓度由外表对中心逐步降低,到化合物层与集中层交界处,氮的浓度下降到缺乏以形成化合物层,而只能形成氮在a-Fe晶格中的固溶体或过饱和固溶体,这一层氮在a-Fe中的固溶体就是集中层,由于它的抗蚀性不高,所以在显微镜下呈暗黑色3氧化膜工件经过氮化工序处理后在氧化盐浴保温时才会在外表形成氧化膜这种氧化膜只有在氮化处理后的夕俵上才上阵交简洁形成,假设未作氮化处理的工件直接进入氧化盐浴中,则不能形成完整的氧化膜这可能与氮化处理后工件外表的活性状态有关,氧化膜的厚薄也与工件的预先氮化状态有关,对于大多数构造零件,氮化后外表形成较厚的氧化膜,氧化膜的抗蚀性很好,氧化膜在显微镜下呈灰白色,与化合物层极为相像,对构造钢样品,很难观看到但是试样外面的的黑色外观说明氧化膜确实存在,同时也由于化合物层外层经常存在疏松,氧化膜与化合物层之间没有明显的过渡,在制备金相时很难区分,因此只有在电子显微镜下才能看到这层氧化膜氧化工序不仅在工件的化合物层以外形成氧化膜而且化合物层也吸E了高达8%的氧,这比一般盐浴氮化后水冷的化合物层中的含氧量高6倍,即在氧化过程中不仅在外表生成氧化膜,还有一局部氧以间隙式形式溶入化合物晶格中使外表钝化改善了夕陵的抗蚀性和耐磨性工件经过氮化-氧化后再次抛光以后,不仅降低了工件外表的粗糙度,是其夕俵变得赏心悦目,更重要的是抛光后再次氧化可以大大提高化合物层中的含氧量,从而进一步提高抗蚀性4疏松层通常在QPQ盐浴复合处理以后,化合物层外面往往有一层海绵状或柱状的多孔组织,这一区域不是特别致密,一般称为疏松层,这层组织硬度低,耐磨性差,疏松层不仅盐浴处理技术有,而且气体氮化也会形成疏松而且疏松层更加严峻
二、QPQ盐浴复合处理技术的渗层性能
1、极高的耐磨性在试验室进展的严格的滑动磨损试验说明,40Cr钢经过QPQ处理以后,耐磨性可以到达常规淬火的30倍,低碳钢渗碳淬火的14倍,离子氮化的
2.8倍,镀硬铭的
2.1倍
2、极好的抗蚀性在潮湿的环境下,工件进展了露天遮雨放置试验,45〔S45C〕钢经QPQ处理后,抗蚀性可以到达镀硬铭的16倍1513不锈钢的26倍,lCrl8Ni9Ti不锈钢的
4.5倍
3、良好的抗疲乏性能QPQ处理可以使钢、铁材料的疲乏强度提高20-200%,疲乏强度提高的大小受基体材料的种类、预先处理状态、QPQ处理的工艺参数等因素的影响
4、极微小的变形由于QPQ技术的处理温度低于钢的相变温度、处理过程基体不会发生组织转变,因此没有组织应力产生,所以它比发生组织转变的常规淬火、高频淬火、渗碳所产生的变形小得多在正常的状况下,处理前后工件尺寸的变化量大约在
0.01mm左右,外径增大
0.005mm,内孔缩小
0.005mm
三、QPQ盐浴复合处理技术的实际操作及常见问题
1、清洗除油、去锈,切削时冷却润滑油以及某些金属清洗剂的残留物,在工件外表上以表膜的形式存在,微区分析说明,有磷酸盐,硅酸盐、钙、镁、氯、氧、硫等元素的化合物存在,会阻碍工件外表对氮和碳的吸取
2、预热工件不预热或预热不充分,直接进入氮化炉,处理后,外观简洁不均匀,甚至产生芝麻点等外表缺陷,假设预热过度,处理后也会产生色泽不均匀,甚至发红等现象工件外表呈紫色为好,草黄色也可,工件仍保持金属光泽,说明预热缺乏,工件外表黑色,说明预热过度
3、氮化氮化是QPQ盐浴复合处理技术中最重要的工序,氮化的目的是在工件外表形成足够深的致密的化合物层和相应深度的集中层氮化盐浴中CNO一把握在33-37%,当CNO一30%时,会降低渗层的形成速度假设CNO—40%时,则简洁形成渗层不致密,甚至造成严峻的疏松,,调整盐以钿抄量屡次添加为好,这样成CNO一大起大落,不宜一次添加过多,这样会影响渗层的致密度
4、氮化炉的维护保持氮化炉盐浴的良好状态、对渗层质量有很大的影响,带有赃物、油脂、或铁锈的工件不准进入氮化炉内,铜铝、锌等有色金属件不准进入氮化炉,大批量的铜焊件不宜进入氮化炉,装工具的卡具及常用的工具要保持清洁不宜带杂物进入氮化炉要准时去除氮化炉内的炉渣,,对保证化合物层的致密度极为重要每班准时捞取氮化炉的悬浮的细渣及底部的沉渣〔氧化皮〕,要准时补充基盐,要保证盐浴成分的活性,同时要定时向氮化炉通气,以加速C NO一的分解,盐浴液面要保持全都,不要忽低忽高
5、氧化炉的维护从氮化炉出来的工件不能在空气中停留时间过长,否则,氧化后的工件可能产生外表发红现象在生产过程中,氧化盐浴不断与带入的氮化盐发生分解反响,生成碳酸盐渣产物,同时氧化盐浴还会与卡具反响,生成红色的FezOy使盐浴老化,发红假设氧化盐浴上面有快状的浅黄色物体悬浮,似凝非凝,说明氧化盐浴已经老化,要准时更换盐浴
6、工件外表颜色不均匀〔!〕、处理前,工件^陵有湎亏、锈迹及赃物或附着清前I」的残留物
0、工件预热温度低,或预热时间短,预热后工件仍保持金属光泽
0、工件从氮化炉出来,进入氧化炉时,没有匀速下降,或在空气中停留时间过长
④、氧化盐浴已老化,发红渣多;〔5〕、氧化盐炉或氮化盐炉外表有浮渣、赃物
7、工件使用时耐磨性能不够〔1〕、渗层硬度低;〔2〕、渗屋戋;〔3〕、化合物层疏松严峻〔4〕、基体材料选择不当;〔5〕、热处理工艺参数选择不当,氮化时间短、处理温度低或CNO一浓度低
8、工件抗蚀性差〔1〕化合物层浅或化合物层不连续,局部无化合物层〔2〕、化合物层外面的疏松层占化合物层的大局部;〔3〕工件在处理前局部有锈剂,处理时未除掉,处理后成为腐蚀源;〔4〕、氧化工序未搞好,工件外表发红,这种氧化物以后成为腐蚀源〔5〕、工件氮化时间、或处理温度彳氐或CNO—浓度低
9、渗层浅或渗层不均匀〔!〕、在制备金相时化合物层保护不好或试样倒棱使化合物层局部剥落,在显微镜下只能观看到化合物层的残留局部〔2〕工件外表除油不彻底、外表有锈迹杂物或不锈钢、耐热钢外表的钝化膜未去掉,造成局部无渗层或渗层过浅〔3〕、CNO—浓度低,氮化温度低,或保温时或豆,〔4〕、化合物层外面的疏松层太厚,化合物层只占渗层的小局部总之,热处理过程中盐浴成分格外简单,具体问题要具体分析,不再举例
1、外观质量把握经QPQ盐浴复合处理的工件外表呈黑色或蓝黑色检验标准按专利技术文件的规定为在500LX的照度下,距灯300mm肉目嬲看,夕俵颜色应出交均匀全都,不得有明显的频、锈迹、发红而不应在室外猛烈阳光下检查工件外观生产中觉察,熔盐和工艺稍有把握不好时,工件易产生发花、发红现象,尤其是材料含Si量多时,如27SiMn、30CrMnSi等材料,工件外表发花、发红现象极多,虽然此现象不影响工件的耐磨和抗蚀性,但影响工件的美观为提高工件的外表质量,使其根本到达颜色全都需实行以下措施
1.1把握熔盐的清洁度氮化盐浴中悬浮细粒状渣过多,使盐浴变成黑灰色时,应准时承受滤渣器滤渣,必要时要更换溶液
1.2严格执行工件的前清洗,去除工件外表的油渍和沉积物,有锈的工件要经过酸洗去除锈渍
1.3工件表层消灭稍微的发红现象,可承受擦拭的方法去除;较严峻的要进展返工处理2最终质量把握
2.1耐磨性带同材料的试棒,维氏硬度要到达工艺规定,证明渗层已到达要求
2.2抗蚀性:用10%CuSC4溶液滴试工件非棱角处,30分钟不析出铜,即表示有完整渗层,防锈力量满足要求QPQ盐浴复合热处理技术在军工领域具有广泛的应用前景而这种工艺的质量把握对生产方和使用方来讲,都是一个课题,必需有相应的工艺保障措施和质量监控措施,才能保证QPQ处理后的零件到达所规定的质量要求备注QPQ盐浴复合处理的主要原料QPQ盐浴复合处理的主要原料为三种生产用盐基盐基盐在氮化炉中熔化形成高氟酸根[CNO.的氮化盐浴基盐除了第一次瑕步日懈源满氮啾之外,国E常将中浴面下降时,也应参加基盐以提高浴面调整盐在生产过程中当氮化盐浴的氟酸根CNO_下降时,应向氮化炉补加调整盐,以使氨酸根含量维持在规定的范围之内氧化盐氧化盐用于氧化盐浴,浴面下降时直接补加氧化盐。