QPQ盐浴氮化复合处理技术在机械易损件及工业易损件上的应用.doc

QPQ 盐浴氮化复合处理技术在机械易损件及工业易损件上的应用一、什么是 QPQ 技术“QPQ”是英文 “Quench--Polish-- Quench”的缩写原意为淬火 ( 快冷 )一抛光一淬火 (快冷 )，从专业上来讲，这种说法不够确切，但在国际上已经习惯地沿用至今并被普遍采用QPQ 技术是一种复合型技术，复合的含义，在方法上是指它是在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件， 实现了氮化工序和氧化工序的复合； 渗层组织上是氮化物和氧化物的复合；性能上是耐磨性和抗蚀性的复合；工艺上是热处理技术和防腐技术的复合通常硬化技术只能提高金属的耐磨性，防腐技术一般只能提高金属表面的抗蚀性，而QPQ 技术则可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性，而且提高的幅度比常规硬化技术和防腐技术高 10 倍以上，因此它被称为冶金学领域内的革命性新技术同时该技术还具有工件几乎不变形、元公害、节能等优点QPQ 技术的核心是其无公害的盐浴配方该配方由德国迪高沙公司实行可口可乐式的独家国际垄断， 只向用户提供处理产品的已经熔化的成品盐和生产设备，从不提供盐浴配方世界上一些著名的大公司都从德国引进了成套设备技术美国通用电器公司羁这项新技术成功地取代了内燃机车缸套的镀硬铬工艺，消除了六价铬对环境的污染， 并提高了缸套的耐磨性和抗蚀性。

美国康明斯公司乖J 用此项技术解决了进、排气门的耐磨抗蚀问题德国大众轿车的凸轮轴， 奥地利斯太尔重型汽车驱动桥减速器的内齿轮也采用了这项技术该技术几乎被日本所有汽车厂家采用，其中本田公司有五座大型自动化设备分设于国内外，处理零件 150 多种，年处理量达 6 万吨现在该技术已被德国、美国、英国、法国、瑞士、奥地利、俄罗斯、日本、印度等40多个国家采用，用于各种耐磨件和抗蚀件我国的戚墅堰机车车辆厂、 山东潍坊柴油机厂、 杭州汽车发动机厂等厂于八十年代末以60--90 万美元从德国引进了成套设备技术，分别用于机车缸套， 汽车曲轴等零件， 但必须高价从国外进口生产甩盐二、 QPQ 技术的特点中国机械装备 (集团 ) 公司成都工具研究所经过长期试验研究，于上个世纪八十年代初期率先打破了德国对这项技术的独家国际垄断， 独立开发了成分独特的盐浴配方， 其无公害水平优于德国，达到国际领先水平我公司推广的 QPQ 技术实行大量生产已有十多年历史，现有用户已达 100 多家，应用的产品有数百种之多涉及到汽车、摩托车、纺织机械、轻化工机械、、枪械、机床、仪器仪表、齿轮、模具、工具等几十个行业。

该技术的生产用盐已销往朝鲜，台湾由于该技术具有国际先进水平， 并创造了很好的经济效益和社会效益， 为国家作出了较大贡献，被确定为国家级新产品， “九五 “国家重点推广科技项目 先后荣获四川省科技进步一等奖，国家科技进步二等奖等各种奖励从盐浴的有效成分，工艺过程，渗层的结构与性能等方面来说，我所的 0P技术与德国技术几乎完全相同，但此外我所的 QPQ 技术还有以下特点：l 、无公害水平高我所独立开发的成分独特的氮化盐浴配方，其中添加了一种特殊的氧化剂，使盐浴中的氰根含量仅为德国的 1/10，无公害水平更高2、渗速快与迪高沙公司的盐浴相比， 我所的盐浴渗入速度更快， 在氮化温度比迪高沙公司技术低10℃的情况下可以达到同样的渗层深度3、设备简便实用，价格低廉与迪高沙公司相比氮化盐浴不必通压缩空气 迪高沙公司的生产线为双轨密封设备， 我所为单轨开放设备， 不仅便于操作维修， 而且大大降低成本， 因此成套设备的费用不到进口的 l/5 4、生产用盐价格便宜我所开发的 QPQ 技术生产用盐大部分采用普通工业原料，因此售价不到进口盐价格的1/3，国内最低5、终身技术服务可向用户提供 QPQ 生产线的主要设备，辅助设备，检测设备等全部设备，免费对用户进行技术培训，到现场指导用户投产，长期对用户负责，并实行终身免费技术服务。

三、 QPQ 技术的工艺过程和渗层的影响因素1、 QPQ 技术的基本工艺过程：清洗剂清洗 —— 清水漂洗 —— 预热 —— 盐浴氮化 —— 盐浴氧化 —— 冷水清洗 —— 热水清洗 —— 自然干燥 —— 浸油经过大量工艺参数试验和长期生产实践的验证，最终确定，一般的结构零件的QPQ 处理工艺规范大体如下：预热 (空气炉 )： 350-400℃， 20-30min氮化 (盐溶炉 )： 550-570℃， 2-3h氧化 (盐溶炉 )： 370-400℃， 15-20min高速钢工具的氮化规范：530-560℃， 10-40minCrl2MoV 类钢的氮化规范： 520-530 ℃， 2h根据工件的基体材料，使用条件等因素，对每种产品制定具体的生产工艺2、渗层形貌QPQ 处理后的渗层组织，由外向内由三层组成：即氧化膜，化合物层，扩散层图1为金相显微镜下观察到的45 钢的渗层组织 (由于制样保护的原因，一般很难观测到氧化膜)圈 1 45 钢的渗层组织 ×360氧化膜是铁的氧化物 (Fe3O4)，可以提高金属表面的抚蚀性，美化工件的外观皇与亿舍物层一起构成了抗蚀性极高的综合抗蚀层同时这层氧化膜对提高耐磨性也毒一定作用。

化合物层俗称白亮层， 为铁的氮化物 (Fe2— 3N) ，是 QPQ 技术所形成的渗层组织中最重要的部分 化合物层耐磨性极高， 抗蚀性也极高， 通常渗层质量的好坏多以化合物层的厚度和致密度来衡量扩散层是氮渗入铁的晶格中形成的固溶体， 它可以提高金属的疲劳强度， 对提高普通碳钢和低合金钢的耐磨性和抗蚀性作用不大， 但高速钢、 不锈钢等高合金钢的扩散层要硬度可以达到 1000HV 以上，因此有很高的耐磨性在化合物层最外面往往有一层海绵状或柱状多孔区， 一般称之为疏松层 疏松层硬度低，耐磨性差，通常认为它会影响产品的使用寿命，应加以控制3、渗层形成的影响因素渗层形成的影响因素主要指氮化工序的氮化温度、 氮化时间、 氰酸根含量的影响， 基体材料也对渗层有较大影响氮化温度的影响： 化合物层的深度随着氮化温度的升高几乎成直线增加， 但氮化温度对化合物层的表面硬度影响较小氮化温度超过 570℃，疏松层会加重氮化时间的影响： 化合物层的深度随着氮化时间的加长而增加， 氮化时间增加到 3 小时以后，化合物层增加缓慢，疏松层加重氰酸根的影响： 氰酸根含量的增加， 会提高渗速，增加渗层的深度，因此氰酸根含量不能太低， 但过高的氰酸根含量也会加剧疏松的形成， 因此氰酸根的含量应该控制在一定的范围内。

氧化规范对化合物层的深度，硬度和致密度没有影响4、基体材料的选择与预先热处理基体材料所含的合金元素不同直接影响到渗层的硬度和深度， 通常认为合金元素可以提高渗层硬度，而减少渗层深度； 同时由于基体材料成分的不同，预先热处理的硬度不同，抗回火能力不同，影响到 QPQ 处理以后基体心部的硬度钢中的含碳量对化合物层深度影响不大，对渗层的表面硬度影响也不大常见材料在 QPQ 处理前的预先热处理大体上有如下几种情况，现根据钢的含碳量和抗回火能力的不同，分别加以说明低碳钢： 20、20Cr、20CrMo 、18CrMnTi 等低碳钢、 低碳合金钢一般都不作予先热处理，即使先进行淬火或正火， QPQ 处理后基体硬度也会大幅度下降中高碳钢： 45、40Cr、 T12、 GCrl5 等中高碳钢、中高碳低合金钢，由于抗回火能力并不强， QPQ 处理后淬火硬度不能保持，这类材料如果要求较高的心部强度， QPQ 处理前应该进行调质处理高合金钢：对于高速钢、 Crl2MoV 、3Cr2W8V 、 5CrMnM0 及 H13 等高合金钢，由于具有很高的抗回火能力，所以在 QPQ 处理前可以进行予先淬火 QPQ 处理后，工件基体仍然保持高硬度。

综上所述，对要求整体高硬度的工件，如切削工具和某些模具应选择抗回火能力高的高合金钢，如高速钢、高铬钢等，并预先进行淬火， QPQ 处理后可以保持基体的高硬度对整体强度要求较高的工件，应选用中高碳的碳钢或低合金钢，并预先进行调质， QPQ 处理后可以保证工件的整体强度 没有整体硬度或强度要求的工件可以选择廉价的低碳钢或中碳钢，不必进行预先热处理常见材料的 QPQ 处理规范，渗层的表面硬度和化合物层深度如表 1表 1 常用材料的处理规范及渗层硬度深度四、 QPQ 技术的渗层性能1、极高的耐磨性在试验室进行的严格的滑动磨损试验 (图 2)表明， 40Cr 钢经 QPQ 处理后，耐磨性可以达到常规淬火的 30 倍，低碳钢渗碳淬火的14 倍，离子氮化的 2．8 倍，镀硬铬的2．1 倍对 45 钢进行的滚动磨损试验取得了与滑动磨损试验类似的结果图2滑动磨损试验比较图2、极好的抗蚀性(1) 露天放置试验在四川盆地潮湿的条件下， 进行了室外露天遮雨放置试验， 这更接近大多数产品的存放条件试验结果如表 3， 45 钢经 QPQ 处理后，抗蚀性可以达到镀硬铬的 16 倍， lCrl3 不锈钢的 26 倍， 1Crl8Ni9Ti 不锈钢的 4．5 倍。

表 2 露天放置抗蚀性比较试验序号试样种类开始生锈时间（天）相对抗蚀性比1QPQ处理（ 45 钢）36412lCrl8Ni9Ti801／ 4.53镀装饰铬551／ 6.64镀硬铬231／ 165lCrl31。