QPQ处理技术

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qpq表面处理对销轴的影响

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qpq表面处理对销轴的影响

发布日期:2019-07-19 作者: 点击:

  qpq表面处理对销轴的影响

  通过对调质后27SiMn销轴进行QPQ处理,分别对试样进行常规力学性能试验、金相分析和中性盐雾试验,并与镀锌27SiMn销轴进行耐蚀性比较。结果表明,QPQ处理后27SiMn销轴表面硬度大幅提高,增加了销轴的耐磨损性能,强度、冲击功略微下降,但仍满足使用要求。与镀锌27SiMn销轴相比,QPQ处理后耐蚀性大幅提高。

  27SiMn钢因其较好的综合性能和较低的价格广泛应用于液压支架领域,特别是销轴等连接件,在使用时通常承受较大载荷作用,易发生磕碰、磨损、锈蚀,甚至断裂,再加上煤矿井下恶劣的使用环境,常规防锈措施难以满足使用要求 [1] 。目前公司此类零件的处理工艺一般为调质+镀锌处理方式,由于镀锌处理耐蚀性能较差,且易出现褪色、脱落等一系列问题,迫切需要一种更优的表面处理方法。

  “QPQ”是英文“Quench-Polish-Quench”的缩写,原意为淬火-抛光-淬火,在国内把其称作QPQ盐浴复合处理技术。QPQ技术在20世纪70年代由德国公司发明,经过几十年的不断发展改进,应用范围越来越广。目前,QPQ处理技术广泛应用于汽车、机床、电子零件和工程机械行业中,使重要受载零件获得高耐磨性、高耐蚀性、高抗疲劳性以及畸变量小的特性。由于该技术具有上述众多优点,引起各方广泛关注。

  本文对液压支架用27SiMn钢销轴先调质然后进行QPQ处理,研究了QPQ处理后零件的力学性能、微观显微组织及耐腐蚀性能,并与镀锌件性能进行比对,分析了QPQ处理替代镀锌应用于销轴表面防护处理的可行性。

  1. 试样制备及试验方法

  试验用27SiMn销轴直径为 φ 80mm,长度为200mm,经车削磨削加工使其表面粗糙度达到1.6μm,试验用导向套、活塞由于表面存在沟槽及螺纹,无法上磨床,经车削加工后表面粗糙度为3.2μm,调质硬度均为240~280HBW,调质工艺见表1所示。将工件依此进行:去油清洗→预热(400~450℃,10~40min)→盐浴渗氮(500~600℃,10~180min)→盐浴氧化(350~450℃,10~20min)→抛光→二次氧化(350~450℃,30~40min)→去盐清洗→干燥→浸油。

  采用三思摆锤冲击试验机测试V型缺口试样在室温的冲击吸收能量,拉伸试验设备为万能电子试验机,取样位置按照GB/T2975—1998《力学性能试验取样位置及试样制备》标准取样,试验结果如表2所示。

  2. 试样结果与分析

  (1)力学性能分析 拉伸试验依据G B/T228.1—2010《金属材料 拉伸试验第一部分:室温试验方法》进行,冲击试验依据GB/T 229—2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》,硬度测试则是依据GB/T 231.1—2009《金属材料 布氏硬度试验 第1部分:试验方法》。上述两组试验进行拉伸试验求平均值,综合力学性能如表2所示。

  试验结果表明,由于QPQ过程中盐浴渗氮温度较高,相当于二次回火,使工件的强度、冲击吸收能量略有下降,但下降幅度小,仍能满足使用要求。QPQ处理后试样表面硬度大幅提高,提高了零件的耐磨损性能。

  (2)显微组织分析 分别在试样的表面和R/2处取样,研磨、抛光后经4%硝酸酒精腐蚀用于金相显微观察,图1a为调质27SiMn钢棒经QPQ处理后截面金相照片,图1b为调质27SiMn钢棒经QPQ处理后R/2处金相照片。由图可见,经QPQ处理后试样表面形成一层渗透层,总厚度约20μm,渗透层主要由扩散层和化合物层组成,表面还存在一层很薄的Fe 3 O 4 氧化膜 [10] ,厚度仅3mm左右,表层组织为氮化物颗粒与回火索氏体的混合物,均匀分布的氮化物具有弥散强化作用,大大提高了销轴表层的硬度,使销轴耐磨性增加。试样R/2处组织为均匀致密的回火索氏体。

  (3)耐腐蚀性能分析 为了测试经QPQ处理后试样的耐腐蚀性能,进行了中性盐雾试验,并与相应镀锌件进行耐蚀性比对。试验依据为GB/T6458—1986《金属覆盖层中性盐雾试验》和GB/T10125—1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》。

  图2所示为调质27SiMn钢棒分别经QPQ处理和镀锌处理后中性盐雾试验168h后照片,由图可见,经QPQ处理试件试验结束后表面无明显变化,镀锌试样表面钝化膜褪色严重并出现黑色斑点。

  多次试验结果表明,QPQ处理工艺能够使销轴的端部和表面得到致密均匀的表面处理层,使其耐腐蚀性能大幅提高,其抗中性盐雾腐蚀试验的能力超过200h,继续盐雾试验腐蚀扩展速度很慢,腐蚀首先发生在尖锐的棱角处,避免尖锐棱角的出现可进一步提高其抗盐雾腐蚀能力。镀锌销轴的抗中性盐雾腐蚀试验的能力在96~120h,在电镀过程中,由于电流密度在销轴上分布不均匀,造成镀层的厚薄不均匀,抗腐蚀能力一般不理想。因此,QPQ处理销轴耐腐蚀性能优于镀锌销轴。

  3. 结语

  本文通过对调质后27SiMn销轴进行QPQ处理,分别从销轴力学性能、显微组织、耐腐蚀性能等方面进行了对比分析,结果表明,经QPQ处理销轴综合性能优于镀锌销轴。主要结论如下:

  1)QPQ处理后27SiMn销轴表面硬度大幅提高,增加了销轴的耐磨损性能,强度、冲击吸收能量略微下降,但仍满足使用要求。

  2)从显微组织看,QPQ处理后27SiMn销轴表面形成一层渗透层,总厚度约20μm,渗透层主要由扩散层和化合物层组成,表面还存在一层很薄的Fe 3 O 4 氧化膜,厚度仅3mm左右,表层组织为氮化物颗粒与回火索氏体的混合物,R/2处组织为均匀致密的回火索氏体。

  3)从盐雾试验看,QPQ处理工艺在销轴的端部和表面得到的表面处理层,能大幅提高销轴的耐腐蚀性能。


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