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QPQ表面处理对40Cr钢渗层组织有什么影响?
时间: 2019-07-23 07:02:05来源: 无锡市奕珺金属改性技术有限公司

QPQ表面处理的工艺过程为:去油清洗→预热→盐浴氮化→盐浴氧化→去盐清洗→干燥(抛光→盐浴氧化→去盐清洗→干燥)→浸油。QPQ技术是一项由渗氮和氧化工序组成的复合工艺,此技术是一种提高基体表面耐磨性、耐蚀性的氮、氧化盐浴复合处理技术,常用于替代渗碳淬火、离子渗氮、镀铬等热处理和表面强化技术,以提高产品耐磨性、耐蚀性和解决硬化变形问题。该技术被广泛应用于工程机械、仪器仪表和轻化工等领域。本文对40Cr钢进行QPQ处理,并与辉光离子渗氮、氧化、电镀铬处理后的组织耐磨性和耐蚀性进行了对比研究。

1.试验材料及方法

(1)试验材料及工艺

SHIYANCAILIAOWEI40CrGANG(DIAOZHIHOUJITIYINGDUYUEWEI274HV),CAIYONGXIANQIEGEJIAGONGJINXIANGSHIYANG,MOSUNSHIYANSHIYANGCHICUNφ30mm×10mm,NAIFUSHISHIYANSHIYANGCHICUNφ10mm×100mm,FENBIEDUIGESHIYANGJINXINGBIANHAO,JINGBUTONGREBIAOCHULISHIGESHIYANGDEBIANHAOXINXIRUBIAO1SUOSHI。SHIYANGBIAOMIANJINXINGMOXUEJIAGONG,SHIBIAOMIANCUCAODUDADAO1.6μm,SHIYANGREBIAOCHULIQIANJINGGUOWUSHUIBINGTONGQINGXI、QINGSHUIPIAOXI、CHUIGANCHULI。JINGBUTONGREBIAOCHULISHI,GONGYICANSHURUBIAO2SUOSHI。JINGGUOQPQCHULIHEYANGHUACHULIHOU,SHIYANGBIAOMIANWEIHEISE,JINGGUODUGECHULIHOUBIAOMIANWEIYINLIANGSE,ERJINGGUOLIZISHENDANCHULIHOUQIBIAOMIANWEIYINHUISE。

(2)显微硬度试验

用细砂纸将经过各热表处理工艺的金相试样(a1、d1)打磨至发亮,用于检测金相和测量硬度。在金相镶嵌后,测量渗层表面到基体硬度梯度。试验所用显微硬度计,试验力为0.098N(10gf),保压时间为10s;将制作好的金相试样用4%硝酸、酒精溶液腐蚀,待试样干燥后,用4XB型金相显微镜观察试样组织。

(3)磨损试验

CAIYONGM-2000AXINGHUANKUAIMOSUNSHIYANJIDUIJINGGUOGEREBIAOCHULIGONGYIDEMOSUNSHIYANG(a2、b2、c2、d2)JINXINGHUADONGMOSUNSHIYAN,YUZHIDUIMODEMOCAFUWEIGCr15GANGSHIHUAN,YINGDUWEI57HRC,WAIJINGWEI40mm,HUANDEZHUANSUWEI200r/min,SUOJIAZAIHEWEI100N,ZONGDEMOSUNSHIJIANWEI30min。MOSUNSHIYANGDEQIANHOUMIAN,YONGBINGTONGFANFUJIANGQIQINGXIHOUHONGGAN,BINGYONGJINGDUWEI0.1mgDEDIANGUANGFENXITIANPINGCHENGLIANGSHIYANGDEMOSUNSHIZHONG。

(4)耐蚀性试验

YONGKD60YANWUSHIYANJI,ANGB/T10125DUIJINGGUOBUTONGREBIAOCHULIGONGYIDESHIYANG(a3、b3、c3、d3)JINXINGZHONGXINGYANWUSHIYAN。SHIYANSUOYONGDEFUSHIJIEZHIWEIHAN5%DENaCl,pHZHIWEI6.7DEYANSHUIRONGYE,SHIYANXIANGWENDUWEI35℃,PENZUIYALIWEI83kPa,YI24hWEIYIGEGUANCHAQI,JIANXIESHIPENWU8h,TING16h。

2.试验结果与分析

(1)SHENCENGYINGDU

JINGGUOBUTONGGONGYICHULIHOU40CrGANGYINGDUFENBURUBIAO3SUOSHI。YOUBIAO3KEZHI:JINGGUOQPQ、LIZISHENDAN、DUGEHOUBIAOMIANYINGDUFENBIEDADAO711HV、525HV、703HV,YINGDUTIDUYOUBIAOMIANZHIJITIZHUJIANJIANXIAO。SHIYANGJINGYANGHUACHULIHOUYOUYUYANGHUAMOCENGHENBO,XISHAZHIDAMOHOUSHIYANGBIAOMIANWUYANGHUAMOCUNZAI,GUWUFACEQIYINGDU。

不同工艺处理后40Cr的金相组织

由附图可知:QPQ、离子渗氮的渗层组织由表到里都是由化合物层、扩散层组成,图中白色带状为化合物层。只是QPQ表面多了的氧化层在金相显微镜下观察不到。从图中可以看到离子渗氮处理时间为QPQ处理的7倍,但所形成的化合物层厚度约为QPQ处理化合物层厚度的一半,在化合物层均匀性方面,从图中可看到经QPQ处理后试样的渗层组织更为均匀,而离子渗氮后试样组织均匀性较差些。

(3)滑动磨损试验结果

在上面所述磨损试验条件下,不同工艺处理过的试样磨损值比较如表4所示。由表4可知:经QPQ处理过的试样在30min试验中磨损值最低为1.9mg。其滑动磨损的耐磨性是镀铬的1.45倍,是离子渗氮的4.32倍,是氧化的7.9倍,可见经QPQ处理过的试样耐磨性大幅提高。

表4 滑动磨损试验磨损值比较

(4)渗层腐蚀性能结果

在上面所述耐腐蚀试验条件下,经不同工艺处理过的试样中性盐雾试验结果如表5所示。由表5可知:经QPQ处理的40Cr钢试样抗盐雾腐蚀能力为镀铬的3.2倍,离子渗氮的8倍,氧化的32倍。这表明经QPQ处理后的钢件耐蚀性大幅提高了。

(5)结果分析

在4种工艺处理中:QPQ处理时,40Cr钢表面形成了Fe2~3N高浓度氮化物层和致密的Fe3O4氧化膜。这种化合物层具有较高的硬度和耐磨性,而镀铬层的结合力不够强,在滑动磨损试验中,镀铬层易剥落,故其耐磨性不如QPQ,但与离子渗氮后表面的低氮合金组织比较,耐磨性又好点,而经氧化后表面仅为Fe3O4氧化膜,此组织硬度很低,仅有防腐作用;另外QPQ处理后试样之所以有极高的耐蚀性,主要是由于高耐蚀性的Fe2~3N化合物层和表面致密的氧化膜,且氧能延伸到更深的化合物层内,从而使化合物层进一步钝化来使表面有更高的耐蚀性。

3.结语

(1)JINGGUOQPQCHULIDE40CrGANGBIAOMIANSHENGCHENGLEFe2~3NGAONONGDUDANHUAWUHEZHIMIFe3O4YANGHUAMO,QIBIAOMIANDEXIANWEIYINGDU、NAIMOXINGHENAISHIXINGYOUJIDADETIGAO。

(2)经QPQ、镀铬、离子渗氮、氧化处理后,40Cr钢表面的耐磨性越来越低,其表面的耐蚀性也越来越低。

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