QPQ热处理参数及工艺

最近公司有一零件需要QPQ，所以搜集了一些资料共享

QPQ 一种液体碳氮共渗工艺俗称软氮化,把含有碳 和氮元素的盐混合在一起的材料同时渗到工件中的工艺,热处理工艺中的一种.能使被处理的机械工件增加硬度\提高耐磨\防腐蚀 \抗咬死，液体氮化也称软氮化，低温氰化，或者氮碳共渗，在渗氮过程中，碳原子也参与，因而比一般的单一气体渗氮具有更高的渗速，在渗层表面硬度相当的情况下，氮化层的脆性也比气体氮化小，软氮化因此得名。老的液体氮化法主要原料是氰化钠，所以也有叫低温氰化的，硬化层中的氮比碳的浓度高，因而氮碳共渗的称法又被广泛采用 在氮化的过程中，当活性较大时，表面生成很薄的化合物层（10～30μm的ε相），随后便是γ`和扩散层。当活性较小时，表面化合物相可以不出现，从而获得得以弥散硬化为主的组织 由于采用低温无毒原料的工艺，工件不发生奥氏体→马氏体的相变，不存在由于较大的组织应力而引起的工件的变形 在520～600℃温度下产生的硬化相具有较高的热硬性，故经过氮化处理以后的部件，比较适用于在较高的温度下工作，如铝合金压铸模，型材挤压模，注塑机螺杆，顶针，排气阀杆等 此工艺可以被广泛用于五金件，轻负荷高速制件，铸铁件，热处理代青铜件等，其投资少，周期短，质量好，成本低，消耗小，基本上无毒、无污染，具有很好的经济效益 对于含Cr、Mo、Al、V、Ti等合金钢的制件，氮化后产生弥散的高硬度的氮化物，所以能提高H13、Cr12MoV、38CrMoAlA等模具钢与制件的表面硬度和强度 已经开始批量使用此工艺的零部件有： 发动机的凸轮轴，曲轴，挺杆，活塞环，离合器片，刹车片等 机械部件:轻负荷高速齿轮，高速缝纫机传动件，打印头部件，铸铁制轴套、滑块，注塑机螺杆，顶针等 工模具：H13铝锌合金压铸模，普通结构钢和38CrMoAl注塑模、高速钢或Cr12MoV深拉伸模，H13铝型材挤压模材料与热处理后的强化关系如下： 一般表面强化：表面硬度Hv0.05 400～600（相当于HRC42～55),则可选用A3、B3、
QPQ工艺
1工艺原理
　　1.1 基本工艺过程：
　　QPQ盐浴复合处理主要工序有：
　　预热：350-400℃ 20-40min
　　氮化：510-580℃ 30-180min
　　氧化：350-400℃ 15-20min
　　工艺过程为：装卡——清洗去油——预热——氮化——氧化——清洗去盐——干燥——浸油。
　　1.2 各工序的基本作用：
　　预热：预热的主要作用是烤干工件表面的的水分，使冷工件升温后再入氮化炉，以防工件带水入氮化炉引起盐浴溅射和防止冷工件入炉后盐浴温度下降太多。同时预热对减少工件变形和获得色泽均一的外观也有一定作用。预热工序通常在空气炉中进行。
　　氮化：氮化是QPQ盐浴复合热处理技术的核心工序。氮化盐中氰酸根的分解而产生的活性氮原子渗入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层。
　　氧化：氧化工序的作用一是彻底分解工件从氮化炉带出来的氰根，达到环保要求。二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨性也有一定好处。
　　1.3 QPQ盐浴复合处理的主要原料：
　　QPQ盐浴复合处理的主要原料为三种生产用盐。
　　基盐：基盐在氮化炉中熔化形成高氰酸根（CNO－）的氮化盐浴。基盐除了第一次开始生产时熔化装满氮化炉之外，在正常生产中浴面下降时，也应加入基盐以提高浴面。
　　调整盐：在生产过程中当氮化盐浴的氰酸根下降时，应向氮化炉补加调整盐，以使氰酸根含量维持在规定的范围之内。
　　氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。
　　1.4 QPQ处理后的工件渗层组织
　　在QPQ处理过程中预热和氧化两道工序只能形成氧化膜，在氮化工序形成较深的复杂渗层。
　　工件浸入氮化盐浴后，氰酸根分解产生的N、C原子可在工件表面形成高的N势和C势。由于N原子半径仅为Fe原子半径的一半，而C原子的半径更小，所以N、C原子可以在Fe原子的点阵间隙中进行扩散。
　　在QPQ处理的氮化温度（510-580℃）下，工件表面的高浓度N、C原子向内部扩散，先形成在α-Fe中的固溶体。随着表面原子浓度的提高，逐渐形成γ′（Fe4 N）化合物和ε（Fe2-3N）化合物。最终由工件表面向中心形成N、C的浓度梯度。渗层组织为化合物层ε相、ε相+γ′相、γ′相，化合物层以下是N在α-Fe中的固溶体，形成扩散层。
　　因此，QPQ处理后的工件渗层组织由三层构成：外表为氧化膜；中间为化合物层；向内为扩散层。其中以化合物层最为重要，其主要组成为Fe2-3N，它是提高耐磨性的可靠保证，同时它的抗蚀性也很好。氧化膜的主要作用是与化合物一起构成极好的抗蚀层。同时它处于多孔状态，可以储油，减少摩擦，对提高耐磨性有利，同时还有美化外观的作用。扩散层主要作用是提高工件的疲劳强度，对增加细薄件的整体强度和弹性也有很大的作用。
　　2.渗层质量的影响因素及控制：
　　根据工艺原理我们看到QPQ处理的工件质量好坏主要取决于渗层是否达到技术要求，工艺的关键是各种参数保证渗层的需要，而决定渗层的主要因素是氮化温度、氮化时间、氮化盐浴中的氰酸根含量和基体材料四个因素：
　　2.1氮化温度的控制：
　　氮化温度主要根据基体材料的种类来决定，其次要考虑工件的强度要求。氮化温度太低，不能形成足够深度的渗层；氮化温度太高，疏松层严重，氮化温度超过回火温度则会降低基体的硬度。
　　一般工模具可选用510～520℃
　　高速钢刀具可选用540～550℃
　　高速钢模具或耐磨零件可选用570℃
　　结构钢、不锈耐热钢或铸铁件可选用570℃
　　2.2氮化时间的控制：
　　氮化时间的长短主要取决于工件的种类及服役条件而定。时间太短，不能形成足够深度的渗层，时间过长则疏松严重。
　　根据工件的服役条件，采用的氮化时间分为三类：
　　要求耐磨性的零件，采用120～130分钟
　　主要用于防腐性零件采用90～100分钟
　　薄板冲压，增加弹性零件采取40～50分钟
　　2.3 CNO－含量的控制
　　根据QPQ盐浴复合处理的原理，氮化盐浴的CNO－不得低于30%，最高不要超过40%。