從抗腐蝕性能來看,QPQ鹽浴較之類似的工藝如高溫堿煮和余溫發黑有著不可比擬的優勢;但生產實踐同時也表明,螺紋緊固件在QPQ處理過程經常出現外觀顏色發紅、發黃、發花,變白,污垢多,雜質多等諸多不良表面缺陷。在螺紋斜面或牙谷底處容易吸污納垢,也不容易進行前處理(去油、除銹、清洗等)。在氮碳共滲過程中,螺紋結構也通常流動性不太好,容易導致化合物層較薄,表面諸多不良缺陷。吳清江,張永順也發現,在生產中當材料含Si量多時,如27SiMn、30CrMnSi等材料,工件外表發花、發紅現象極多。雖然此現象不影響工件的耐磨和抗蝕性,但影響工件的美觀。
同時,緊固件螺紋需要有穩定公差尺寸,才能保證螺紋良好的配合性和互換性。QPQ處理時,再次加熱和冷卻,必將會應力發生變化,從而導致螺紋精度的不穩定性。
2、實驗基本工作原理
2.1原來QPQ處理工藝主要流程為
去油→除銹→漂洗→預熱→氮化→氧化→拋光→氧化→水清洗→自然干燥→浸油。
經過多次小批QPQ處理試驗,確定了符合本產品的工藝流程和技術參數。
2.2優化后QPQ處理工藝主要流程為
去油→除銹→漂洗→預熱→氮化→氧化→拋光→氧化超聲波清洗→強制干燥→浸油。
2.3優化后QPQ處理工藝主要技術參數
預熱(空氣爐):350—400℃,30-40min。氮化(鹽溶爐):520-580℃,2-3h。氧化(鹽溶爐):360-400℃,15-20min。
2.4優化后QPQ處理工藝曲線為
the optimized QPQ treatment processgraph
2.5 QPQ處理各主要工序的基本作用
除油:采用有機溶劑型清洗劑除去表面的油污,同時也去掉零件表面的雜質。
除銹:需采用酸洗或噴砂法除盡表面已產生的氧化皮和氧化物,使氮化層易吸附在基材表面。否則已經滲透到金屬內部的氧原子,在氮化過程中會阻止滲氮的速度,影響滲氮的效果。同時,氧化皮和氧化物還會污染鹽浴成分,導致溶液雜質偏多使氮化層易吸附在基材表面。
預熱:其目的烘干工件表面的水分,以防工件帶水入氮化爐引起鹽浴濺射。使冷工件升溫后再入氮化爐,便于加快滲氮擴散速度,提高滲氮效果。
氮碳共滲:氮化是QPQ鹽浴的最關鍵工序。氮化鹽中釩酸根的分解而產生的活性氮原子滲入工件,在工件表面形成高耐磨性和抗蝕性強的化合物層和耐疲勞的擴散層。其反應方程式⑴如下:
2CN0-+02=C032-+C0+N2
4CNO-=C032-+2CN-+CO+N2
在QPQ處理的氮化溫度(520-570℃)下,工件表面的高濃度N、C原子向內部擴形成擴散層。其反應方程式⑴如下:
(2-3)Fe+[N]=Fe2-3N
3Fe+[C]=Fe3C
一次氧化:主要氧化工序的作用一是徹底分解工件從氮化爐帶出來的氰根,達到環保要求。在工件表面形成黑色氧化膜,增加防腐能力,并提高耐磨性。其反應方程式如下:
2Fe+02=2Fe0
4Fe+302=2Fe203
Fe0+Fe203=Fe304
拋光:鑒于螺紋結構件的特殊性,本案曾經采用噴砂處理的方式,雖可以成功地除去工件表面的疏松結構。但細小的(金剛砂粒徑為0.2-0.3mm)卻殘留螺紋齒間,極其難以清除干凈,也污染了后續的氧化溶液,反而導致表面氧化效果更糟。經過多次實驗,匹配到了合適的磨料粒子,粒徑大小約1.3mm。且仍然通過振動磨料拋光的方式,可較好地除去了氮化過程中殘留物,為后續的氧化生成致密的氧化膜打下了良好的基礎。
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