qpq表面处理对销轴的影响

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******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******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。