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ABV 材料表面处理-QPQ作业指导书 Q/KV-WD-09 REV A
材料表面处理-QPQ
1.0主题内容与适用范围
本规范规定了日常QPQ操作程序及要点。
本规范适用于钢、铁、铸铁件的表面QPQ处理。 2.0定义
QPQ-它是Quench-Polish-Quench的缩写形式。是指将黑色零件放入两种性质不同的盐浴中，通过多种元素渗入金属表面形成复合渗层，从而达到使零件表面改性的目的。 3.0引用标准 ASTM B177
JB/T9198-1999《盐浴硫氮碳共渗》
GB/T11354-1989《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织》 4.0工艺
4.1基本工艺过程
QPQ盐浴复合处理主要工序有：
4.1.1清洗：这是QPQ得前处理，非常重要；
4.1.2预热：350～400℃，时间取决于装炉量，20～60min； 4.1.3渗氮：510～580℃，15～180min； 4.1.4氧化：350～400℃， 10～20min； 4.1.5抛光：常用机械式振动抛光。 工艺过程为：装卡→清洗去油→预热→渗氮→氧化→抛光→氧化→清洗→干燥→浸油。
4.2各工序的基本作用
4.2.1清洗：这是QPQ的前处理工序，对工件的外观和渗层质量至关重要。工件上的油和锈会影响氮原子的渗入，也污染盐浴。对外观要求高的，要吹净工件上的水迹。清洗剂也很有讲究。
4.2.2预热：预热的主要作用是烘干工件表面的水分，使冷工件升温后再入渗氮炉，以防工件带水入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匀的外观也有一定作用。预热工序通常在空气炉中进行，工件表面的预氧化有利于氮原子的吸附。但要防止过氧化。预热后工件表面的颜色以亮蓝色为佳。不锈钢则为稻草黄色。
4.2.3渗氮：渗氮是QPQ盐浴复合处理技术的核心工序。渗氮盐中氰酸根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。 4.2.4氧化：氧化工序的作用一是彻底分解工件从渗氮炉带出来的氰根（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，对提高耐磨性也有一定好处。
4.2.5抛光：旨在去除氧化物层外层的疏松层。经第二次氧化后可进一步提高工件的抗腐蚀性和耐磨性，美化外观。
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4.3 QPQ盐浴复合处理的主要原材料
QPQ盐浴复合处理的主要原料为三种生产用盐。
4.3.1基盐：基盐在炉中溶化后形成高氰酸根（CNO-）的渗氮盐浴。基盐除了第一次溶化时装满渗氮炉之外，在正常生产中浴面下降时，也应加入基盐以保持浴面高度。
4.3.2再生盐：在生产过程中当渗氮盐浴的氰酸根下降时，应向炉中添加再生盐，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。 4.4 QPQ处理后的工件渗层组织
4.4.1QPQ处理在渗氮工序形成较深的复杂渗层，在氧化工序中形成致密的Fe3O4氧化膜。
4.4.2工件浸入渗氮盐浴后，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。
4.4.3在QPQ处理的渗氮温度（510～580℃）下，工件表面的高浓度N、C原子向内扩散，先形成α-Fe中的固溶体，随着表面原子浓度的提高，逐渐形成E(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E相，化合物层以下是N在α-Fe中的固溶体，形成扩散层。
4.4.4因此，QPQ处理后工件的渗层组织构成为：外表为氧化膜和化合物层；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层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。QPQ处理的化合物层完全由E氮化物形成，具有很高的表面硬度和耐磨性。气体渗氮形成E相γ′相相混合的化合物层（γ′相的含量取决于钢材的成分：钢中合金元素越少，γ′相所占比例越高）因此脆性大。 5.0 质量控制
5.0.1QPQ处理工件的质量取决于渗层是否达到技术要求，包括硬度、深度、抗腐蚀性和外观质量。
5.0.2 工艺关键是各种参数的确定，主要是渗氮温度、渗氮时间、渗氮盐浴中的氰酸根（CNO-）和氰根（CN-）含量、材料的预先热处理等因素。 5.1渗氮温度的控制
5.1.1 渗氮温度主要根据材料的种类来决定，其次要考虑工件的强度要求。渗氮温度太低，不能形成足够深度的渗层；温度太高，疏松层严重。渗氮温度超过回火温度将会降低基体的硬度。
5.1.2 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℃。 5.2 渗氮时间的控制
5.2.1 渗氮时间的长短主要取决于工件的种类及服役条件。时间太短，不能形成足够深度的渗层，时间长则疏松严重。
5.2.2 根据工件的服役条件，采用的渗氮时间分别为： a.要求耐磨性的零件，采用120～180min；
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b.主要用于防腐性零件，采用120～180min； c.薄板冲压件，增加弹性零件，采取40～60min； d.高速钢刃具取15～30min.
5.3 渗氮盐浴的CNO-和CN-量的控制
5.3.1 QPQ处理，渗氮盐浴的CNO-不得低于30%，最高不要超过40%。盐浴成分一般控制CNO-=36±2%，CN-≤1%。
5.3.2 每工作8小时加再生盐一次，加入量按公式：Z=K.△%.W(Kg)
Z：加入量；K：系数，一般为1.2.根据使用经验可调整；△：CNO-：预期值（如36%）与实际值的差；W：盐浴重量(Kg)。
5.3.3 再生盐应缓慢分批加入，一次性加入量过多会因反应剧烈而溢盐。 5.3.4 盐浴中的CN-量过高时应及时降到工艺规定范围。 6.0 不同材料的预先热处理
6.1设计工程师根据零件的服役状况，合理选择材质。
6.2低碳钢、低碳合金钢一般经过正火处理，中碳钢、中碳合金钢要调质处理。 6.3渗氮前，调质处理件的组织级别按回火索氏体中游离铁素体数量分为5级，一般零件1～3级合格，重要零件1～2级合格.对于变形量要求高的工件，在精磨前要进行550～600℃回火以消除机械加工应力。 7.0 外观质量控制
7.1经QPQ盐浴复合处理的工件，表面呈黑色或蓝黑色。 7.2 检验方法：
a.在500LX的照度下，距灯300mm肉眼观察，表面颜色应比较均匀一致，不得有明显的花斑、锈迹、发红；
b.不要在室外强烈阳光下检查工件外观； c.对于粗糙度有要求的则用粗糙度仪检验。
7.3生产中发现，工艺控制不好时，工件易产生发花、发红现象，影响工件美观。为提高工件的外表质量，使其达到颜色一致，需采取下列措施： a.控制熔盐的清洁度
要定期捞渣，渗氮盐浴中悬浮细粒状渣过多，使盐浴变成黑灰色时，应及时采用滤渣器滤渣，必要时要更换新盐。 b.严格执行工件的前清洗
应去除工件表面的油渍和沉积物，有锈的工件要经过酸洗或喷砂去除锈渍。实践证明，前处理的好坏影响极大。 c.补救措施
工件表面出现轻微的发红现象，可采用擦拭的办法去除；较为严重的要进行返工处理。
8.0最终质量控制
8.1硬度、有效硬化层深度控制 用相同材料，经相同预先热处理的试样，与工件一起在QPQ处理后检验显微硬度和深度，达到工艺规定的要求对于小件可以实物取样。 8.2抗蚀性试验
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a. 用10%CuSO4溶液滴试工件非棱角处，30min不析出铜，即表示有致密的Fe3O4
氧化膜、渗氮层完整，防锈能力满足要求。 b. 客户另有要求的可做盐雾试验。
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