QPQ 鹽浴氮化工藝規(guī)程

陳永亮

（江蘇金石機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 淮安 211600）

一、范圍

QPQ 工藝適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼零件的表面處理。

QPQ 工藝不適用于鐵含量小于15%的鎳基合金和回火或時(shí)效溫度低于（1100 ℉）593℃的鐵基零件。

二、定義

QPQ-它是Quench-Polish-Quench的縮寫形式。是指在規(guī)定的工作溫度下，在熔鹽中由硫催化將氮、碳等元素滲入工件表層，并在金屬表面形成氮化層的表面硬化法，賦予工件良好耐磨、減摩、抗咬合和抗疲勞性能的化學(xué)熱處理。

硬化層深度：是指表面以下至最低硬度為50HRC 或520HV 處的最大深度。

三、工藝

（一）基本工藝過程

QPQ 鹽浴復(fù)合處理主要工序有：

清洗：這是QPQ的前處理，非常重要；預(yù)熱：350～400℃，時(shí)間取決于裝爐量，20～60min；滲氮：510～580℃，15～180min；氧化：350～400℃，10～20min；拋光：常用機(jī)械式振動(dòng)拋光或手工拋光。

工藝過程為：裝卡→清洗去油→預(yù)熱→滲氮→氧化→拋光→氧化→清洗→干燥→浸油。

（二）各工序的基本作用

清洗：這是QPQ的前處理工序，對工件的外觀和滲層質(zhì)量至關(guān)重要。工件上的油和銹會影響氮原子的滲入，也污染鹽浴。對外觀要求高的，要吹凈工件上的水跡。清洗劑也很有講究；預(yù)熱：預(yù)熱的主要作用是烘干工件表面的水分，使冷工件升溫后再入滲氮爐，以防工件帶水入爐引起鹽浴濺射和防止冷工件入爐后鹽浴溫度下降太多。同時(shí)預(yù)熱對減少工件變形和獲得色澤均勻的外觀也有一定作用。預(yù)熱工序通常在空氣爐中進(jìn)行，工件表面的預(yù)氧化有利于氮原子的吸附。但要防止過氧化。預(yù)熱后工件表面的顏色以亮藍(lán)色為佳。不銹鋼則為稻草黃色；滲氮：滲氮是QPQ 鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的核心工序。滲氮鹽中氰酸根分解而產(chǎn)生的活性氮原子滲入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蝕性很高的化合物層和耐疲勞的擴(kuò)散層；氧化：氧化工序的作用一是徹底分解工件從滲氮爐帶出來的氰根（CN-）,消除公害。二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，對提高耐磨性也有一定好處；拋光：旨在去除氧化物層外層的疏松層。經(jīng)第二次氧化后可進(jìn)一步提高工件的抗腐蝕性和耐磨性，美化外觀。

四、質(zhì)量控制

QPQ 處理工件的質(zhì)量取決于滲層是否達(dá)到技術(shù)要求，包括硬度、深度、抗腐蝕性和外觀質(zhì)量。工藝關(guān)鍵是各種參數(shù)的確定，主要是滲氮溫度、滲氮時(shí)間、滲氮鹽浴中的氰酸根（CNO-）和氰根（CN-）含量、材料的預(yù)先熱處理等因素。

（一）滲氮溫度的控制

滲氮溫度主要根據(jù)材料的種類來決定，其次要考慮工件的強(qiáng)度要求。滲氮溫度太低，不能形成足夠深度的滲層；溫度太高，疏松層嚴(yán)重。滲氮溫度超過回火溫度將會降低基體的硬度。一般工模具可選用510～520℃；高速鋼刀具可選用540～550℃；高速鋼模具或耐磨零件可選用570℃；結(jié)構(gòu)鋼、不銹耐熱鋼或鑄鐵件可選用570℃。

（二）滲氮時(shí)間的控制

滲氮時(shí)間的長短主要取決于工件的種類及服役條件。時(shí)間太短，不能形成足夠深度的滲層，時(shí)間長則疏松嚴(yán)重。根據(jù)工件的服役條件，采用的滲氮時(shí)間分別為：

a.要求耐磨性的零件，采用120～180min；b.主要用于防腐性零件，采用120～180min；c.薄板沖壓件，增加彈性零件，采取40～60min；d.高速鋼刃具取15～30min.對于17-4PH、4Cr17NiMol 等不銹鋼制、要求硬化層較厚的工件，滲氮時(shí)間可能會延長到4～6h.

（三）滲氮鹽浴的CNO-和CN-量的控制

QPQ 處理，滲氮鹽浴的CNO-不得低于30%，最高不要超過40%。鹽浴成分一般控制CNO-=31%～36%，CN-≤1%。每工作8 小時(shí)加再生鹽一次，加入量按公式：Z=K.△%.W(Kg)。其中 [Z：加入量；K：系數(shù)，一般為1.2.根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)可調(diào)整；△：CNO-：預(yù)期值（如36%）與實(shí)際值的差；W：鹽浴重量(Kg)]；再生鹽應(yīng)緩慢分批加入，一次性加入量過多會因反應(yīng)劇烈而溢鹽；鹽浴中的CN-量過高時(shí)應(yīng)及時(shí)降到工藝規(guī)定范圍。

五、不同材料的預(yù)先熱處理

低碳鋼、低碳合金鋼一般經(jīng)過正火處理，中碳鋼、中碳合金鋼要調(diào)質(zhì)處理。滲氮前，調(diào)質(zhì)處理件的組織級別按回火索氏體中游離鐵素體數(shù)量分為5 級，一般零件1～3 級合格，重要零件1～2 級合格.對于變形量要求高的工件，在精磨前要進(jìn)行550～600℃回火以消除機(jī)械加工應(yīng)力。

六、外觀質(zhì)量控制

1.經(jīng)QPQ 后的工件表面應(yīng)呈均勻黑色或灰黑色，經(jīng)氧化后的工件表面應(yīng)呈均勻黑色或棕黑色，表面應(yīng)無條紋、花斑、銹跡、裂紋以及其他缺陷。2.檢驗(yàn)方法：a.在500LX的照度下，距燈300mm 肉眼觀察，表面顏色應(yīng)比較均勻一致，不得有明顯的花斑、銹跡、發(fā)紅；b.不要在室外強(qiáng)烈陽光下檢查工件外觀；c.對于粗糙度有要求的則用粗糙度儀檢驗(yàn)。3.生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，工藝控制不好時(shí)，工件易產(chǎn)生發(fā)花、發(fā)紅現(xiàn)象，影響工件美觀。為提高工件的外表質(zhì)量，使其達(dá)到顏色一致，需采取下列措施：要定期撈渣，滲氮鹽浴中懸浮細(xì)粒狀渣過多，使鹽浴變成黑灰色時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用濾渣器濾渣，必要時(shí)要更換新鹽；應(yīng)去除工件表面的油漬和沉積物，有銹的工件要經(jīng)過酸洗或噴砂去除銹漬。實(shí)踐證明，前處理的好壞影響極大；工件表面出現(xiàn)輕微的發(fā)紅現(xiàn)象，可采用擦拭的辦法去除；較為嚴(yán)重的要進(jìn)行返工處理。

七、最終質(zhì)量控制

用相同材料，經(jīng)相同預(yù)先熱處理的試樣，與工件一起在QPQ 處理后按ISO 6507-1 金屬維氏硬度試驗(yàn)規(guī)程 檢驗(yàn)顯微硬度，達(dá)到工藝規(guī)定的要求對于小件可以實(shí)物取樣。

用相同材料，經(jīng)相同預(yù)先熱處理的試樣，與工件一起在QPQ 處理后從試樣表面測至比基體維氏硬度高50HV 處的垂直距離為滲氮層深度（在距離表面3 倍滲氮層深處測得的硬度值，至少取3 點(diǎn)作平均，作為實(shí)測的基體硬度值）。對于滲層硬度變化平緩的鋼件，如碳鋼或低碳低合金鋼件，其滲氮層深度可從試樣表面沿垂直方向測至比基體金屬硬度值高30HV 處，試驗(yàn)力規(guī)定為HV0.3。

常用材料QPQ 鹽浴氮化后表面硬度、滲層深度