常州精密钢管博客网

QPQ处理对40Cr钢渗层组织有什么影响?

QPQ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

试验材料为40Cr钢(调质后基体硬度约为274HV),采用线切割加工金相试样,磨损试验试样尺寸φ30mm×10mm,耐腐蚀试验试样尺寸φ10mm×100mm,分别对各试样进行编号,经不同热表处理时各试样的编号信息如表1所示。试样表面进行磨削加工,使表面粗糙度达到1.6μm,试样热表处理前经过无水丙酮清洗、清水漂洗、吹干处理。经不同热表处理时,工艺参数如表2所示。经过QPQ处理和氧化处理后,试样表面为黑色,经过镀铬处理后表面为银亮色,而经过离子渗氮处理后其表面为银灰色。

表1 不同热表处理试样编号

试样类别

QPQ处理

氧化

镀铬

离子渗氮

金相试样

a1

d1

磨损试验试样

a2

b2

c2

d2

耐腐蚀试验试样

a3

b3

c3

d3

表2  40Cr钢热表处理工艺参数



(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 

采用M-2000A型环块磨损试验机对经过各热表处理工艺的磨损试样(a2、b2、c2、d2)进行滑动磨损试验,与之对磨的摩擦副为GCr15钢试环,硬度为57HRC,外径为40mm,环的转速为200r/min,所加载荷为100N,总的磨损时间为30min。磨损试样的前后面,用丙酮反复将其清洗后烘干,并用精度为0.1mg的电光分析天平称量试样的磨损失重。


(4)耐蚀性试验

用KD60盐雾试验机,按GB/T10125对经过不同热表处理工艺的试样(a3、b3、c3、d3)进行中性盐雾试验。试验所用的腐蚀介质为含5%的NaCl,pH值为6.7的盐水溶液,试验箱温度为35℃,喷嘴压力为83kPa,以24h为一个观察期,间歇式喷雾8h,停16h。

2.试验结果与分析

(1)渗层硬度

经过不同工艺处理后40Cr钢硬度分布如表3所示。由表3可知:经过QPQ、离子渗氮、镀铬后表面硬度分别达到711HV、525HV、703HV,硬度梯度由表面至基体逐渐减小。试样经氧化处理后由于氧化膜层很薄,细砂纸打磨后试样表面无氧化膜存在,故无法测其硬度。

表3 显微硬度测试结果

距表面距离/μm

0

100

200

300

400

500

离子渗氮表面硬度HV

525

462

375

310

274

274

QPQ表面硬度HV

711

303

300

274

273

270

镀铬表面硬度HV

703

274

274

273

274

273

氧化表面硬度HV

274

274

274

273

274

(2)渗层金相组织

附图a、b分别为经过离子渗氮、QPQ处理后40Cr钢的金相照片。由于经过镀铬后试样镀层组织是纯铬,经过氧化后表面为很薄的黑色Fe3O4氧化膜,故此两种工艺处理后不必看试样的金相。 



(a)离子渗氮处理                                   (b)QPQ处理

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

序号

处理方法

硬度HV

磨损值/mg

相对磨损比

1

QPQ处理

711

1.9

1

2

镀铬

703

2.75

1.45

3

离子渗氮

525

8.2

4.32

4

氧化

15

7.9

(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。

表5 中性盐雾试验耐蚀性比较

序号

处理方法

开始生锈时间/h

相对耐蚀性比较

1

QPQ处理

256

1

2

镀铬

80

0.31

3

离子渗氮

32

0.13

4

氧化

8

0.03

(5)结果分析

在4种工艺处理中:QPQ处理时,40Cr钢表面形成了Fe23N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Fe23N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)经过QPQ处理的40Cr钢表面生成了Fe23N高浓度氮化物和致密Fe3O4氧化膜,其表面的显微硬度、耐磨性和耐蚀性有极大的提高。


(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。

作者:甄延波、赵娜、程良、常森、韩壮壮

单位:山西航天清华装备有限责任公司

图片加载中...
❤ 请关注 微信公众号: steeltuber.
 转载请保留链接: http://www.josen.net/Steel-Knowledge/1616659345.html
(本平台"常州精密钢管博客网"的部分图文来自网络转载,转载目的在于传递更多技术信息。我们尊重原创,版权归原作者所有,若未能找到作者和出处望请谅解,敬请联系主编微信号:steel_tube,进行删除或付稿费,多谢!)
搜索本站钢铁技术
★↓在此搜索查找钢铁材料知识↓★↘

互联网 www.josen.net


钢材相关热点关键词
钢铁行业热点文章推荐
«   2021年4月   »
1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930
钢铁钢管标准在线
精密钢管博客友链
百度推荐阅读

常州精密钢管博客网主办单位:
常州仁成金属制品有限公司 是 专业的 精密钢管 生产厂家,汽车钢管,电机壳钢管 生产单位。


友情链接:

常州精密钢管博客网
(常州仁成金属钢管制品生产厂家博客网站)
www.josen.net©2006-2020
苏ICP备08003692号

关于本站【提问】网站地图【搜索】【知识星球】电脑端

本站的留言评论功能已经停用,请关注微信公众号: steeltuber了解更多。