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在QPQ處理過程中預(yù)熱和氧化兩道工序只能形成氧化膜,在氮化工序形成較深的復(fù)雜滲層。
工件浸入氮化鹽浴后,氰酸根分解產(chǎn)生的N、C原子可在工件表面形成高的N勢和C勢。由于N原子半徑僅為Fe原子半徑的一半,而C原子的半徑更小,所以N、C原子可以在Fe原子的點陣間隙中進行擴散。
在QPQ處理的氮化溫度(510-580℃)下,工件表面的高濃度N、C原子向內(nèi)部擴散,先形成在α-Fe中的固溶體。隨著表面原子濃度的提高,逐漸形成γ′(Fe4N)化合物和ε(Fe2-3N)化合物。最終由工件表面向中心形成N、C的濃度梯度。滲層組織為化合物層ε相、ε相+γ′相、γ′相,化合物層以下是N在α-Fe中的固溶體,形成擴散層。
因此,QPQ處理后的工件滲層組織由三層構(gòu)成:外表為氧化膜;中間為化合物層;向內(nèi)為擴散層。其中以化合物層最為重要,其主要組成為Fe2-3N,它是提高耐磨性的可靠保證,同時它的抗蝕性也很好。氧化膜的主要作用是與化合物一起構(gòu)成極好的抗蝕層。同時它處于多孔狀態(tài),可以儲油,減少摩擦,對提高耐磨性有利,同時還有美化外觀的作用。擴散層主要作用是提高工件的疲勞強度,對增加細薄件的整體強度和彈性也有很大的作用。具有以下作用:
1.良好的耐磨性、耐疲勞性能
該工藝能極大地提高零件表面的硬度和耐磨性,降低摩擦系數(shù)。產(chǎn)品經(jīng)過QPQ處理后,耐磨性比常規(guī)淬火、高頻淬火高16倍以上,比20#鋼滲碳淬火高9倍以上,比鍍硬鉻和離子氮化高2倍以上。疲勞試驗表明:該工藝可使中碳鋼的疲勞強度提高40%以上,比離子氮化,氣體氮化效果均好。該工藝特別適合于形狀復(fù)雜的零件,解決技術(shù)關(guān)鍵,讓變形難題迎刃而解。
2.良好的抗腐蝕性能
對幾種不同材料、不同工藝處理的樣品按同樣的試驗條件,按ASTMBll7標準進行了連續(xù)噴霧試驗,鹽霧試驗溫度35±2℃,相對濕度>95%,5%NaCL水溶液噴霧。試驗結(jié)果表明,經(jīng)QPQ處理后的零件抗蝕性是1Crl8Ni9Ti不銹鋼的5倍,是鍍硬鉻的70倍,是發(fā)黑的280倍。
3.產(chǎn)品處理以后變形小
工件經(jīng)QPQ處理處理之后幾乎沒有變形產(chǎn)生,可以有效的解決常規(guī)熱處理方法難以解決的硬化變形難題。例如:尺寸為510×460×1.5mm的2Cr13不銹鋼薄板經(jīng)QPQ處理之后,表面硬大于HRC60,不平度小于0.5mm。目前,QPQ技術(shù)在眾多得軸類零件、細長桿件上應(yīng)用得非常成功,有效的解決了一直以來存在的熱處理硬化和產(chǎn)品變形的矛盾。
4.可以代替多道熱處理工序和防腐蝕處理工序,時間周期短
工件經(jīng)QPQ處理后,在提高其硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上同時提高其抗腐蝕能力,并且形成黑色、漂亮的外觀,可以代替常規(guī)的淬火一回火一發(fā)黑(鍍鉻)等多道工序,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,QPQ處理與滲碳淬火相比可以節(jié)能50%,比鍍硬鉻節(jié)約成本30%,性價比高。
5.無公害水平高、無環(huán)境污染
QPQ處理工藝過程經(jīng)有關(guān)環(huán)保部門檢測鑒定,并經(jīng)全國各地用戶的實際使用證明,各種有害物質(zhì)排放量均低于國家排放標準允許值。由于技術(shù)先進,質(zhì)量穩(wěn)定,QPQ技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品有數(shù)百種之多。
6.QPQ技術(shù)適用材料的范圍廣泛
該工藝對所有鐵、不銹鋼材料均適用,從純鐵、低碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼到各種高合金鋼、不銹鋼、鑄鐵以及鐵基粉末冶金件。
氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經(jīng)氮化處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。
液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3Nε相,F(xiàn)e4Nr相存在而不含F(xiàn)e2Nξ相氮化物,ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物,液體軟氮化的方法是將被處理工件,先除銹,脫脂,
預(yù)熱后再置于氮化坩堝內(nèi),坩堝內(nèi)是以TF–1為主鹽劑,被加溫到560~600℃處理數(shù)分至數(shù)小時,依工件所受外力負荷大小,而決定氮化層深度,在處理中,必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO,滲透擴散至工作表面,使工件表面最外層化合物8~9%wt的N及少量的C及擴散層,氮原子擴散入α–Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性,氮化期間由于CNO之分解消耗,所以不斷要在6~8小時處理中化驗鹽劑成份,以便調(diào)整空氣量或加入新的鹽劑。
液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬,氮化后的表面硬度以含有Al,Cr,Mo,Ti元素者硬度較高,而其含金量愈多而氮化深度愈淺,如炭素鋼Hv350~650,不銹鋼Hv1000~1200,氮化鋼Hv800~1100。
液體軟氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件,縫衣機、照相機等如氣缸套處理,氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。