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QPQ处理化验及盐雾试验

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产品详情 products Details

  QPQ技术的实质是盐浴氮碳共渗后再进行盐浴氧化的表面复合工艺。如果零件要求表面粗糙度Ra<1μm,在盐浴氧化后,还要进行抛光和二次氧化。QPQ处理主要用来提高零件的表面硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度,大量应用于汽车、摩托车、纺织、枪械等行业中。QPQ处理后,工件表面为化学性质稳定的Fe3O4氧化膜,紧邻氧化膜的是Fe2-3N化合物层,这种组织使QPQ处理工件的抗蚀性远高于镀铬、镀镍的工件。中碳钢经QPQ处理后在很多领域可以代替不锈钢。同时,环保的QPQ工艺可以代替发黑、磷化、镀铬和镀镍等传统防腐蚀工艺。

  

 

  QPQ处理零件的抗蚀性评价方法,一般选用中性盐雾试验的腐蚀物出现判定法。只要在试验中某一零件出现铁锈,该零件的试验终止。采用从试验开始到生锈的时间评定抗中性盐雾试验性能的好坏。进行抗中性盐雾试验时,依据GB/T10125-1997进行。试验前配制好w(NaCl)=5%的中性蒸馏水溶液。试样放入盐雾试验箱时尽量使被试面与垂直方向呈15°~30°。试样不能相互接触,不能受到盐雾的直接喷射。试样之间的距离应不影响盐雾自由降落在被试面上。试样上的液滴也不能落在其他试样上。

  QPQ处理的零件在中性盐雾试验中,氯离子穿过氧化膜和化合物层,与内部金属发生电化学反应,引起腐蚀。目前许多产品的QPQ处理都有抗中性盐雾试验时间的要求,而在部分企业中,QPQ处理人员缺少QPQ技术的专业知识,无法根据生产过程中出现的问题调整工艺参数来提高抗中性盐雾试验时间,保证产品质量。在生产中影响抗中性盐雾试验时间的因素进行了分析,并对如何调整工艺提出了建议。

  1、零件的设计和加工

  

 

  1.1 尽量避免尖锐的棱和角需要通过QPQ 处理获得高抗蚀性的零件,在设计时要尽量避免出现尖锐的棱和角。零件中尖锐的棱和角尖厚度小,在盐浴氮碳共渗时全部或大部分变成了化合物层和扩散层, 因此尖锐的棱和角处脆性大。在QPQ处理过程中,很容易碰伤和损坏,从而露出棱和角紧邻着的基体组织,缩短抗中性盐雾试验时间。即使没有碰伤和损坏,在QPQ处理的冷却过程中,由于外表面首先冷却收缩,而内部温度较高还没有开始出现收缩时,外表面必然出现拉应力,在尖锐的棱和角处出现应力集中且渗层脆,容易在薄弱处出现微裂纹而形成缺陷。盐雾试验过程中,氯离子更加容易在这些缺陷处吸附和扩散,进而腐蚀基体,出现锈迹。

  1.2表面标记和表面粗糙度

  

 

  QPQ处理的许多零件表面,都有电刻或冲印的标记,如数字和字母。需要QPQ处理的零件,电刻或冲印时,字迹应该深度较浅,线条较宽。因为深而窄的线条,容易吸污纳垢,在盐浴氮碳共渗时,盐浴在这些位置的流动性不好,会降低氮碳共渗效果,在盐雾试验中由于化合物层较薄,质量较差,首先发生腐蚀。

  如果零件的表面粗糙度较低,表面峰谷处会影响盐雾试验性能。对于峰,和上面所述的尖锐的棱和角的原理相同。对于谷,和上面所述的表面标记的原理相同。

  对要求高抗蚀性的QPQ处理零件,如对达到抗盐雾试验时间100h以上的零件,应保证表面粗糙度数值较低,表面精度较高,一般建议表面精度达到Ra<0.8μm。

  1.3机械加工

  需要QPQ处理的零件,在机械加工前,应保证原材料有足够的加工余量。否则,由于原材料尺寸问题,可能在表面夹杂有氧化皮或氧化物,阻止渗氮,导致渗氮不均,抗蚀性降低。

  2、QPQ处理前的盐浴准备

  QPQ处理零件要有好的抗盐雾试验性能,有均匀致密的化合物层,并且在不引起零件起皮、疏松的前提下,化合物层的含氮量偏高为好。因为根据Fe-N平衡状态图,含氮量偏低的化合物层在随后的氧化和冷却过程中,会从化合物层析出较多的Fe4N,降低抗盐雾试验性能。建议氮碳共渗盐浴的氰酸根含量(质量分数)控制在34%~36%较好。氮碳共渗前,应保证氮碳共渗和氧化盐浴的清洁,捞出炉中的沉渣和浮渣。氮碳共渗炉渣多时,将造成表面颜色不均,表面粗糙度上升,疏松层增加,化合物层不均匀,降低抗盐雾试验性能。氧化盐浴渣太多时,零件表面颜色偏浅或发红,也需要加盐捞渣,活化调整。

  3、零件的保存、清洗和预热

  加工好的零件,应涂防锈油妥善保存,保证零件在QPQ处理前没有锈迹。因为零件生锈后,氧原子向金属内部扩散,降低渗氮速度,恶化渗氮层性能,缩短抗盐雾试验时间。如果零件已经生锈,去掉锈迹,因为铁锈还会污染盐浴,使QPQ处理零件化合物层疏松多孔。

  如零件表面有防锈油等,渗氮前要利用清洗汽油、金属清洗剂等去油清洗,清水冲洗并擦干零件表面的水分。对凹孔零件更要注意用布擦干孔内的水分,因为这部分水在350℃预热时,孔内温度上升比较慢,水分慢慢蒸发干,容易在孔中发生电化学反应生成铁锈。

  清洗并擦干零件表面的水分后,就要将零件装入专用卡具中,以便进行批量QPQ处理。装卡时,零件与零件之间要留有一定间隙,以便盐浴流动。有凹孔的零件应使孔口向下,并使孔的轴线与水平方向成20°左右,目的是使零件在进炉时,盐浴能进入孔中,出炉时,孔内不会积盐。如孔口竖直向下,则会因为孔内有空气而阻止盐浴进入孔中,不能进行氮碳共渗。并且导致孔内没有盐浴的地方在QPQ处理时,与孔内的空气发生反应,表面生成氧化物,污染盐浴。

  零件装进卡具后,要进入预热炉预热。预热的主要目的是让零件在进入570℃的氮碳共渗炉时,盐浴温度降低得尽量小一些。另外,预热时零件表面的氧化膜,在氮碳共渗时与盐浴反应,会提高活性氮原子浓度,加快扩散速度。盐浴在500℃以下会发生偏析,导致零件氮碳共渗不均匀,因此应尽量缩短零件在500℃以下的盐浴中停留的时间。为提高QPQ处理产品质量,一次性入炉的零件不能太多,以保证零件在进入氮碳共渗炉时,盐浴温度不会降到500℃以下。

  预热温度一般定在350℃,预热时间会因为零件的形状和数量不同而不同,以加热到零件呈蓝紫色时为好。如果预热温度过高、时间过长,零件表面呈现黑色,有较多氧化物出现,氮碳共渗时将会污染盐浴,增加盐渣,疏松加重,影响QPQ处理质量。预热温度过低、时间过短,达不到预热效果,甚至因为表面氧化不均,导致渗氮时表面渗氮不均,颜色不一。

  4、零件的盐浴氮碳共渗

  零件预热后,放入氮碳共渗炉进行渗氮。因为在氮碳共渗前已经保证了盐浴的氰酸根含量和清洁度,在预热后入炉,盐浴温度也不会下降太多,因此这一步工序就变得非常简单了。对一般的中低碳钢零件,根据渗层厚度要求和盐雾试验要求,一般选取在570℃渗氮,到温后保温2h即可。在这个工序当中,要关注工艺参数的调整方法。因为材料不同,零件尺寸形状不同,工艺参数不可能千篇一律。按设计的工艺参数渗氮后,取出零件,检测渗层厚度和抗盐雾试验时间。根据渗层厚度适当调整渗氮时间,但应使渗氮时间控制在1.5~2.5h。

  渗氮时间过短,氮碳共渗层过薄,氮碳共渗时间过长,疏松层变严重,都将降低抗盐雾试验时间。

  盐雾试验时,如果棱和角先生锈,且不满足盐雾试验要求,则应该适当降低氰酸根含量。如果先生锈的不是棱和角,且不满足盐雾试验要求,则应该适当

  升高氰酸根含量。渗氮结束后,从氮碳共渗炉中取出零件,在炉子上方等待没有液体继续向下滴为止,然后把零件放入氧化炉,目的是让进入氧化炉的氮碳共渗盐越少越好。因为氮碳共渗盐将会与氧化盐发生化学反应,生成盐渣,降低氧化盐的氧化能力,增加氧化盐的消耗。

  5、零件的盐浴氧化

  如果盐浴氧化就是工序,为得到高的抗盐雾试验时间,一般在400℃氧化1h有较好的效果。氧化时间太长,氧化物的生长应力将破坏氧化膜与化合物层的结合力,氧化膜出现缺陷,在盐雾试验时诱发局部腐蚀,缩短抗盐雾试验时间。氧化时间太短,还没有生成致密完整的氧化膜,化合物层内含氧量较低,不能充分发挥氧化提高抗蚀性的效果。氮碳共渗后零件化合物层一般都有一定程度的疏松,让疏松多孔的化合物层全部为致密完整的氧化膜覆盖才有较好的抗蚀性。当化合物层疏松较大时,氧化时间稍长。需要抛光的零件,氧化后,在抛光工序中,零件表面的疏松层和和氧化膜被部分或全部抛去,因此不必在氧化工序中氧化太长时间,一般在400℃氧化20min。抛光后零件还会有二次氧化工艺。

  6、零件的抛光和二次氧化

  为提高QPQ处理零件的表面粗糙度,提高耐磨性和外观,部分要求较高的零件需要进行抛光。根据零件形状大小和需要抛光的表面不同,可以采取砂带抛光、震动抛光等方式,只要能达到所需要的表面粗糙度即可。

  抛光时,零件表面的疏松层和氧化膜被部分或全部抛掉,进行二次氧化,目的是在表面生成黑色的致密完整的氧化膜,延长抗盐雾试验时间。一般在400℃氧化40min。千万注意二次氧化的温度不宜过高,时间不宜过长。因为二次氧化前已经有了一次氧化工艺,化合物层有一定的氧含量,如果温度过高、时间过长,氧化膜在生长过程中会因为生长应力而遭到破坏,反而降低抗蚀性。

  7、结语

  盐雾试验是一种“攻弱致死”的腐蚀试验,因此,零件从设计到QPQ处理各工序都应尽量保证氮碳共渗和氧化的均匀性,让弱点得到加强,抗盐雾试验时间自然延长。设计时尽量避免尖锐的棱和角,氮碳共渗前尽量让零件表面和盐浴清洁,保证氰酸根含量适当。QPQ处理前零件应避免生锈,预热适度。批量生产时,要随时根据检测结果适度调整QPQ工艺参数,以获得更好产品。

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