QPQ處理技術

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QPQ表麵處理對40Cr鋼滲層組織有什麽影響?

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QPQ表麵處理對40Cr鋼滲層組織有什麽影響?

發布日期:2020-09-24 作者: 點擊:

  QPQ表麵處理的工藝過程為:去油清洗→預熱→鹽浴氮化→鹽浴氧化→去鹽清洗→幹燥(拋光→鹽浴氧化→去鹽清洗→幹燥)→浸油。QPQ技術是一項由滲氮和氧化工序組成的複合工藝,此技術是一種提高基體表麵耐磨性、耐蝕性的氮、氧化鹽浴複合處理技術,常用於替代滲碳淬火、離子滲氮、鍍鉻等熱處理和表麵強化技術,以提高產品耐磨性、耐蝕性和解決硬化變形問題。該技術被廣泛應用於工程機械、儀器儀表和輕化工等領域。本文對40Cr鋼進行QPQ處理,並與輝光離子滲氮、氧化、電鍍鉻處理後的組織耐磨性和耐蝕性進行了對比研究。

  1.試驗材料及方法

  (1)試驗材料及工藝

  試驗材料為40Cr鋼(調質後基體硬度約為274HV),采用線切割加工金相試樣,磨損試驗試樣尺寸φ30mm×10mm,耐腐蝕試驗試樣尺寸φ10mm×100mm,分別對各試樣進行編號,經不同熱表處理時各試樣的編號信息如表1所示。試樣表麵進行磨削加工,使表麵粗糙度達到1.6μm,試樣熱表處理前經過無水丙酮清洗、清水漂洗、吹幹處理。經不同熱表處理時,工藝參數如表2所示。經過QPQ處理和氧化處理後,試樣表麵為黑色,經過鍍鉻處理後表麵為銀亮色,而經過離子滲氮處理後其表麵為銀灰色。

  (2)顯微硬度試驗

  用細砂紙將經過各熱表處理工藝的金相試樣(a1、d1)打磨至發亮,用於檢測金相和測量硬度。在金相鑲嵌後,測量滲層表麵到基體硬度梯度。試驗所用顯微硬度計,試驗力為0.098N(10gf),保壓時間為10s;將製作好的金相試樣用4%硝酸、酒精溶液腐蝕,待試樣幹燥後,用4XB型金相顯微鏡觀察試樣組織。

  (3)磨損試驗

  采用M-2000A型環塊磨損試驗機對經過各熱表處理工藝的磨損試樣(a2、b2、c2、d2)進行滑動磨損試驗,與之對磨的摩擦副為GCr15鋼試環,硬度為57HRC,外徑為40mm,環的轉速為200r/min,所加載荷為100N,總的磨損時間為30min。磨損試樣的前後麵,用丙酮反複將其清洗後烘幹,並用精度為0.1mg的電光分析天平稱量試樣的磨損失重。

  (4)耐蝕性試驗

  用KD60鹽霧試驗機,按GB/T10125對經過不同熱表處理工藝的試樣(a3、b3、c3、d3)進行中性鹽霧試驗。試驗所用的腐蝕介質為含5%的NaCl,pH值為6.7的鹽水溶液,試驗箱溫度為35℃,噴嘴壓力為83kPa,以24h為一個觀察期,間歇式噴霧8h,停16h。

  2.試驗結果與分析

  (1)滲層硬度

  經過不同工藝處理後40Cr鋼硬度分布如表3所示。由表3可知:經過QPQ、離子滲氮、鍍鉻後表麵硬度分別達到711HV、525HV、703HV,硬度梯度由表麵至基體逐漸減小。試樣經氧化處理後由於氧化膜層很薄,細砂紙打磨後試樣表麵無氧化膜存在,故無法測其硬度。

  不同工藝處理後40Cr的金相組織

  由附圖可知:QPQ、離子滲氮的滲層組織由表到裏都是由化合物層、擴散層組成,圖中白色帶狀為化合物層。隻是QPQ表麵多了的氧化層在金相顯微鏡下觀察不到。從圖中可以看到離子滲氮處理時間為QPQ處理的7倍,但所形成的化合物層厚度約為QPQ處理化合物層厚度的一半,在化合物層均勻性方麵,從圖中可看到經QPQ處理後試樣的滲層組織更為均勻,而離子滲氮後試樣組織均勻性較差些。

  (3)滑動磨損試驗結果

  在上麵所述磨損試驗條件下,不同工藝處理過的試樣磨損值比較如表4所示。由表4可知:經QPQ處理過的試樣在30min試驗中磨損值更低為1.9mg。其滑動磨損的耐磨性是鍍鉻的1.45倍,是離子滲氮的4.32倍,是氧化的7.9倍,可見經QPQ處理過的試樣耐磨性大幅提高。

  表4 滑動磨損試驗磨損值比較

  (4)滲層腐蝕性能結果

  在上麵所述耐腐蝕試驗條件下,經不同工藝處理過的試樣中性鹽霧試驗結果如表5所示。由表5可知:經QPQ處理的40Cr鋼試樣抗鹽霧腐蝕能力為鍍鉻的3.2倍,離子滲氮的8倍,氧化的32倍。這表明經QPQ處理後的鋼件耐蝕性大幅提高了。

  (5)結果分析

  在4種工藝處理中:QPQ處理時,40Cr鋼表麵形成了Fe2~3N高濃度氮化物層和致密的Fe3O4氧化膜。這種化合物層具有較高的硬度和耐磨性,而鍍鉻層的結合力不夠強,在滑動磨損試驗中,鍍鉻層易剝落,故其耐磨性不如QPQ,但與離子滲氮後表麵的低氮合金組織比較,耐磨性又好點,而經氧化後表麵僅為Fe3O4氧化膜,此組織硬度很低,僅有防腐作用;另外QPQ處理後試樣之所以有極高的耐蝕性,主要是由於高耐蝕性的Fe2~3N化合物層和表麵致密的氧化膜,且氧能延伸到更深的化合物層內,從而使化合物層進一步鈍化來使表麵有更高的耐蝕性。

  3.結語

  (1)經過QPQ處理的40Cr鋼表麵生成了Fe2~3N高濃度氮化物和致密Fe3O4氧化膜,其表麵的顯微硬度、耐磨性和耐蝕性有極大的提高。

  (2)經QPQ、鍍鉻、離子滲氮、氧化處理後,40Cr鋼表麵的耐磨性越來越低,其表麵的耐蝕性也越來越低。

QPQ處理技術


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