QPQ盐浴复合处理关键技术的基本原理及操作注意项目.doc

QPQ盐浴复合处理技术基础原理及操作注意事项“QPQ”是英文“QuenchPolishQuench”字头缩写。原意为淬火抛光淬火，在中国把它称作QPQ盐浴复合处理技术，其中“盐浴复合”含义是指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能够使工件几乎不变形，同时又能够大幅度提升金属表面耐磨性、抗蚀性，是一个新金属表面强化改性技术。这种技术实现了渗氮工序和氧化工序复合，氮化物和氧化物复合，耐磨性和抗蚀性复合，热处理技术和防腐技术复合。本企业经过多年实践独立开发了成份独特渗氮盐浴配方，其中添加了一个特殊氧化剂，使盐浴中有害氰根含量保持在0.2%以下，同时盐浴中有效成份氰酸根含量长久保持稳定。试验表明，现有气体软氮化和离子渗氮基础上全部能够用QPQ盐浴复合处理技术来替换，而且能够大为提升工件耐磨性和抗蚀性。其抗蚀性可达成Cu-Ni-Cr多层电镀水平,成功应用于气弹簧、刀具、模具、纺织机械、汽车等行业，经过对零件滑动磨损试验，耐磨性比发黑处理高出几百倍。经过海水防腐试验，QPQ处理零件均比发黑处理零件提升几十倍，效果很好。因为新技术，所以工艺上就有其独特要求，操作中必需严格规范，工件才能达成耐磨性和抗蚀性要求，并得到较为美观外表(黑亮色)。下面就工艺中多个关键步骤加以分析讨论：一、QPQ技术基础工艺过程1、工件清洗-清水漂洗预热盐浴氮化盐浴氧化冷水冷却热水浸泡清水漂洗烘干抛光二次氧化抛光包装。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预热作用：预热作用 是烤干工件表面水分，使冷工件升温后再入氮化炉，以防带水工件入氮化炉后引发盐浴溅射和预防冷工件入炉后氮化炉温度下降太多。通常温度下降不超出30，同时预热对降低工件变形和取得色泽均一外观也有一定作用。 氮化：氮化是QPQ盐浴复合处理技术关键工序，因为氮化盐浴中氰酸根（CNO-）分解产生活性氮原子，在金属表面形成耐磨和抗蚀性很高化合物层和耐疲惫扩散层。 氧化：氧化关键作用可使工件从氮化炉带出盐中氰根（CN-）根本分解，消除公害，同时在工件表面形成黑色氧化膜（Fe3O4），增加抗蚀性，对提升耐磨也有一定好处。2、渗层外貌及特征QPQ盐浴复合处理以后在钢表面形成渗层外貌：最外面是氧化膜，关键成份是（Fe3O4），氧化物层里面是化合物层，也称“白亮层”，关键成份是Fe2-3CN，化合物层以内是扩散层，（1）化合物层：化合物层是QPQ盐浴复合处理技术所形成渗层中最关键部分，对渗层耐磨性和抗蚀性全部起主导作用。经过金相分析，图S45C和35CrMo在不一样氮化时间金相图： 35CrMo化合物层400 QP120min35CrMo化合物层400 QP100minS45C化合物层400 QP120min S45C化合物层400 QP100min在QPQ盐浴复合处理过程中，伴随C、N元素不停渗透，达成一定浓度后，形成了化合物层Fe2-3N和Fe2-3CN，对碳钢基体来说，化合物层硬度HV0.1/15最少在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通常在10-25m（生产工艺不一样，渗层也不相同）。合金钢如；38CrMoAl、5CrMnMo等氮化钢，硬度达成900-1100。渗层在9-15m，化合物层是耐磨、抗蚀关键渗层，所以在做渗层检验时，全部以检测化合物层为主，化合物层深度和工艺条件（CNO%浓度、氮化时间及氮化温度）影响较大。在工艺条件相同时，化合物层深度关键取决于合金元素含量，对于高合金钢硬度高，不仅渗层浅而扩散层也浅。（2）扩散层扩散层是只在显微镜下观察到化合物层和中心之间那层暗黑色组织。因为氮浓度由表面向中心逐步降低，到化合物层和扩散层交界处，氮浓度下降到不足以形成化合物层，而只能形成氮在-Fe晶格中固溶体或过饱和固溶体，这一层氮在-Fe中固溶体就是扩散层，因为它抗蚀性不高，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表面形成氧化膜。这种氧化膜只有在氮化处理后表面上才比较轻易形成，假如未作氮化处理工件直接进入氧化盐浴中，则不能形成完整氧化膜。这可能和氮化处理后工件表面活性状态相关，氧化膜厚薄也和工件预先氮化状态相关，对于大多数结构零件，氮化后表面形成较厚氧化膜，氧化膜抗蚀性很好，氧化膜在显微镜下呈灰白色，和化合物层极为相同，对结构钢样品，极难观察到。不过试样外面黑色外观说明氧化膜确实存在，同时也因为化合物层外层常常存在疏松，氧化膜和化合物层之间没有显著过渡，在制备金相时极难区分，所以只有在电子显微镜 下才能看到这层氧化膜。氧化工序不仅在工件化合物层以外形成氧化膜。而且化合物层也吸收了高达8%氧，这比通常盐浴氮化后水冷化合物层中含氧量高6倍，即在氧化过程中不仅在表面生成氧化膜，还有一部分氧以间隙式形式溶入化合物晶格中使表面钝化。改善了表面抗蚀性和耐磨性 。工件经过氮化-氧化后再次抛光以后，不仅降低了工件表面粗糙度，是其外表变得赏心悦目，更关键是抛光后再次氧化能够大大提升化合物层中含氧量，从而深入提升抗蚀性。（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多孔组织，这一区域不是尤其致密，通常称为疏松层，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。而且疏松层愈加严重。二、QPQ盐浴复合处理技术渗层性能1、极高耐磨性在试验室进行严格滑动磨损试验表明，40Cr钢经过QPQ处理以后，耐磨性能够达成常规淬火30倍，低碳钢渗碳淬火14倍，离子氮化2.8倍，镀硬铬2.1倍。2、极好抗蚀性 在潮湿环境下，工件进行了露天遮雨放置试验，45（S45C）钢经QPQ处理后，抗蚀性能够达成镀硬铬16倍。1Cr13不锈钢26倍，1Cr18Ni9Ti不锈钢4.5倍。3、良好抗疲惫性能QPQ处理能够使钢、铁材料疲惫强度提升20-200%，疲惫强度提升大小受基体材料种类、预先处理状态、QPQ处理工艺参数等原因影响。4、极微小变形因为QPQ技术处理温度低于钢相变温度、处理过程基体不会发生组织转变，所以没有组织应力产生，所以它比发生组织转变常规淬火、高频淬火、渗碳所产生变形小得多 。在正常情况下，处理前后工件尺寸改变量大约在0.01mm左右，外径增大0.005mm，内孔缩小0.005mm。三、QPQ盐浴复合处理技术实际操作及常见问题1、清洗：除油、去锈，切削时冷却润滑油和一些金属清洗剂残留物，在工件表面上以表膜形式存在，微区分析说明，有磷酸盐，硅酸盐、钙、镁、氯、氧、硫等元素化合物存在，会阻碍工件表面对氮和碳吸收。2、预热：工件不预热或预热不充足，直接进入氮化炉，处理后，外观轻易不均匀，甚至产生芝麻点等表面缺点，假如预热过分，处理后也会产生色泽不均匀，甚至发红等现象。工件表面呈紫色为好，草黄色也可，工件仍保持金属光泽，说明预热不足，工件表面黑色，说明预热过分。3、氮化：氮化是QPQ盐浴复合处理技术中最关键工序，氮化目标是在工件表面形成足够深致密化合物层和对应深度扩散层。氮化盐浴中 CNO控制在33-37%，当CNO30%时，会降低渗层形成速度。假如CNO40%时，则轻易形成渗层不致密，甚至造成严重疏松，调整盐以每班少许数次添加为好，这么不会造成CNO大起大落，不宜一次添加过多，这么会影响渗层致密度。4、氮化炉维护：保持氮化炉盐浴良好状态、对渗层质量有很大影响，带有赃物、油脂、或铁锈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，大批量铜焊件不宜进入氮化炉，装工具卡具及常见工具要保持清洁。不宜带杂物进入氮化炉。要立即清除氮化炉内炉渣，对确保化合物层致密度极为关键。每班立即捞取氮化炉悬浮细渣及底部沉渣（氧化皮），要立即补充新基盐，要确保盐浴成份活性，同时要定时向氮化炉通气，以加速CNO分解，盐浴液面要保持一致，不要忽低忽高。5、氧化炉维护：从氮化炉出来工件不能在空气中停留时间过长，不然，氧化后工件可能产生表面发红现象。在生产过程中，氧化盐浴不停和带入氮化盐发生分解反应，生成碳酸盐渣产物，同时氧化盐浴还会和卡具反应，生成红色Fe2O3，使盐浴老化，发红。假如氧化盐浴上面有快状浅黄色物体悬浮，似凝非凝，表明氧化盐浴已经老化，要立即更换新盐浴。6、工件表面颜色不均匀（！）、处理前，工件表面有油污、锈迹及赃物或附着清洗剂残留物。（2）、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（3）、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表面有浮渣、赃物。7、工件使用时耐磨性能不够（1）、渗层硬度低；（2）、渗层浅；（3）、化合物层疏松严重。（4）、基体材料选择不妥；（5）、热处理工艺参数选择不妥，氮化时间短、处理温度低或CNO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）、化合物层外面疏松层占化合物层大部分；（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，工件表面发红，这种氧化物以后成为腐蚀源。（5）、工件氮化时间、或处理温度低或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部分剥落，在显微镜下只能观察到化合物层残留部分。（2）工件表面除油不根本、表面有锈迹杂物或不锈钢、耐热钢表面钝化膜未去掉，造成局部无渗层或渗层过浅。（3）、CNO浓度低，氮化温度低，或保温时间短，（4）、化合物层外面疏松层太厚，化合物层只占渗层小部分。总而言之，热处理过程中盐浴成份很复杂，具体问题要具体分析，不再一一举例。1、外观质量控制经QPQ盐浴复合处理工件表面呈黑色或蓝黑色。检验标准：按专利技术文件要求为：在500LX照度下，距灯300mm肉眼观察，表面颜色应比较均匀一致，不得有显著花斑、锈迹、发红。而不应在室外强烈阳光下检验工件外观。生产中发觉，熔盐和工艺稍有控制不好时，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，即使此现象不影响工件耐磨和抗蚀性，但影响工件美观。为提升工件外表质量，使其基础达成颜色一致需采取下列方法：1.1 控制熔盐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，应立即采取滤渣器滤渣，必需时要更换新溶液。1.2 严格实施工件前清洗，去除工件表面油渍和沉积物，有锈工件要经过酸洗去除锈渍。1.3 工件表层出现轻微发红现象，可采取擦拭措施去除；较严重要进行返工处理。2最终质量控制2.1 耐磨性：带同材料试棒，维氏硬度要达成工艺要求，证实渗层已达成要求。2.2抗蚀性：用10%CuSO4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，防锈能力满足要求。 QPQ盐浴复合热处理技术在军工领域含有广泛应用前景。而这种工艺质量控制对生产方和使用方来讲，全部是一个新课题，必需有对应工艺保障方法和质量监控方法，才能确保QPQ处理后零件达成所要求质量要求。备注：QPQ盐浴复合处理关键原料：QPQ盐浴复合处理关键原料为三种生产用盐。基盐：基盐在氮化炉中熔化形成高氰酸根（CNO ）氮化盐浴。基盐除了第一次开始生产时熔化装满氮化炉之外，在正常生产中浴面下降时，也应加入基盐以提升浴面。调整盐：在生产过程中当氮化盐浴氰酸根（CNO）下降时，应向氮化炉补加调整盐，以使氰酸根含量维持在要求范围之内。氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。