QPQ表面處理對40Cr鋼滲層組織有什麽影響？

QPQ表面處理的工藝過程爲：去油清洗→預熱→鹽浴氮化→鹽浴氧化→去鹽清洗→幹燥（抛光→鹽浴氧化→去鹽清洗→幹燥）→浸油。QPQ技術是一項由滲氮和氧化工序組成的複合工藝，此技術是一種提高基體表面耐磨性、耐蝕性的氮、氧化鹽浴複合處理技術，常用于替代滲碳淬火、離子滲氮、镀铬等熱處理和表面強化技術，以提高当前產品耐磨性、耐蝕性和解決硬化變形問題。該技術被廣泛應用于工程機械、儀器儀表和輕化工等領域。本文對40Cr鋼進行QPQ處理，並與輝光離子滲氮、氧化、電镀铬處理後的組織耐磨性和耐蝕性進行了對比研究。

1.試驗材料及方法

（1）試驗材料及工藝

試驗材料爲40Cr鋼（調質後基體硬度約爲274HV），采用線切割加工金相試樣，磨損試驗試樣尺寸φ30mm×10mm，耐腐蝕試驗試樣尺寸φ10mm×100mm，分別對各試樣進行編號，經不同熱表處理時各試樣的編號信息如表1所示。試樣表面進行磨削加工，使表面粗糙度達到1.6μm，試樣熱表處理前經過無水丙酮清洗、清水漂洗、吹幹處理。經不同熱表處理時，工藝參數如表2所示。經過QPQ處理和氧化處理後，試樣表面爲黑色，經過镀铬處理後表面爲銀亮色，而經過離子滲氮處理後其表面爲銀灰色。

（2）顯微硬度試驗

用細砂紙將經過各熱表處理工藝的金相試樣（a1、d1）打磨至發亮，用于檢測金相和測量硬度。在金相鑲嵌後，測量滲層表面到基體硬度梯度。試驗所用顯微硬度計，試驗力爲0.098N（10gf），保壓時間爲10s；將制作好的金相試樣用4%硝酸、酒精溶液腐蝕，待試樣幹燥後，用4XB型金相顯微鏡觀察試樣組織。

（3）磨損試驗

采用M-2000A型環塊磨損試驗機對經過各熱表處理工藝的磨損試樣（a2、b2、c2、d2）進行滑動磨損試驗，與之對磨的摩擦副爲GCr15鋼試環，硬度爲57HRC，外徑爲40mm，環的轉速爲200r/min，所加載荷爲100N，總的磨損時間爲30min。磨損試樣的前後面，用丙酮反複將其清洗後烘幹，並用精度爲0.1mg的電光分析天平稱量試樣的磨損失重。

（4）耐蝕性試驗

用KD60鹽霧試驗機，按GB/T10125對經過不同熱表處理工藝的試樣（a3、b3、c3、d3）進行中性鹽霧試驗。試驗所用的腐蝕介質爲含5%的NaCl，pH值爲6.7的鹽水溶液，試驗箱溫度爲35℃，噴嘴壓力爲83kPa，以24h爲一個觀察期，間歇式噴霧8h，停16h。

2.試驗結果與分析

（1）滲層硬度

經過不同工藝處理後40Cr鋼硬度分布如表3所示。由表3可知：經過QPQ、離子滲氮、镀铬後表面硬度分別達到711HV、525HV、703HV，硬度梯度由表面至基體逐漸減小。試樣經氧化處理後由于氧化膜層很薄，細砂紙打磨後試樣表面無氧化膜存在，故無法測其硬度。

不同工藝處理後40Cr的金相組織

由附圖可知：QPQ、離子滲氮的滲層組織由表到裏都是由化合物層、擴散層組成，圖中白色帶狀爲化合物層。只是QPQ表面多了的氧化層在金相顯微鏡下觀察不到。從圖中可以看到離子滲氮處理時間爲QPQ處理的7倍，但所形成的化合物層厚度約爲QPQ處理化合物層厚度的一半，在化合物層均勻性方面，從圖中可看到經QPQ處理後試樣的滲層組織更爲均勻，而離子滲氮後試樣組織均勻性較差些。

（3）滑動磨損試驗結果

在上面所述磨損試驗條件下，不同工藝處理過的試樣磨損值比較如表4所示。由表4可知：經QPQ處理過的試樣在30min試驗中磨損值更低爲1.9mg。其滑動磨損的耐磨性是镀铬的1.45倍，是離子滲氮的4.32倍，是氧化的7.9倍，可見經QPQ處理過的試樣耐磨性大幅提高。

表4 滑動磨損試驗磨損值比較

（4）滲層腐蝕性能結果

在上面所述耐腐蝕試驗條件下，經不同工藝處理過的試樣中性鹽霧試驗結果如表5所示。由表5可知：經QPQ處理的40Cr鋼試樣抗鹽霧腐蝕能力爲镀铬的3.2倍，離子滲氮的8倍，氧化的32倍。這表明經QPQ處理後的鋼件耐蝕性大幅提高了。

（5）結果分析

在4種工藝處理中：QPQ處理時，40Cr鋼表面形成了Fe2～3N高濃度氮化物層和致密的Fe3O4氧化膜。這種化合物層具有較高的硬度和耐磨性，而镀铬層的結合力不夠強，在滑動磨損試驗中，镀铬層易剝落，故其耐磨性不如QPQ，但與離子滲氮後表面的低氮合金組織比較，耐磨性又好點，而經氧化後表面僅爲Fe3O4氧化膜，此組織硬度很低，僅有防腐作用；另外QPQ處理後試樣之所以有極高的耐蝕性，主要是由于高耐蝕性的Fe2～3N化合物層和表面致密的氧化膜，且氧能延伸到更深的化合物層內，從而使化合物層進一步鈍化來使表面有更高的耐蝕性。

3.結語

（1）經過QPQ處理的40Cr鋼表面生成了Fe2～3N高濃度氮化物和致密Fe3O4氧化膜，其表面的顯微硬度、耐磨性和耐蝕性有極大的提高。

（2）經QPQ、镀铬、離子滲氮、氧化處理後，40Cr鋼表面的耐磨性越來越低，其表面的耐蝕性也越來越低。