随着现代机器制造业的发展 ,对金属材料的性能提出了更高的要求 ,特别是 20 世纪 70 年代中期 ,世界范围内对环保的重视 ,许多老的盐浴表面强化方法因采用氰化物而纷纷被淘汰 ,但汽车等工业的迅速发展 ,不仅不能缺少这类技术 ,而且迫切要求开发一种耐磨性更高、抗蚀性更好的新金属盐浴表面强化技术。世界著名的德国迪高沙公司(Degussa) 就是顺应科技发展的要求 ,率先开发出原料中不含氰化物的盐浴配方 ,并增加了一道可以彻底分解残余氰根的氧化工序 ,这种新的盐浴复合处理技术不仅做到了原料无毒、不污染环境 ,而且使金属表面的耐磨性、抗蚀性有更大的提高 ,且工件处理前后变形微小。
美国科林公司( Kolene) 引进这一技术 ,工件处理后增加一道抛光工序 ,抛光后再氧化一次 ,从而使工件表面粗糙度大大降低 ,外观赏心悦目 ,同时使金属表面的抗蚀性、耐磨性进一步提高 ,这就是 QPQ 技术。
此项新技术已在机器制造业中获得广泛应用。
1、在汽车零件上的应用
汽车是 QPQ 盐浴复合处理技术第一大应用行业。汽车的曲轴、凸轮轴、气簧、扭转盘、气门等零件年处理量由数百万件到数千万件 ,而气门的处理量竟达 3.45 亿件。
1.曲轴是汽车发动机的关键零件之一。它承受复杂的弯曲、扭转载荷和一定的冲击载荷 ,轴颈表面还要承受磨损。它的破坏形式是在轴颈和曲柄过渡的圆角处产生疲劳裂纹及轴颈表面的严重磨损。用传统热处理方法难以在表面硬度、心部的强度及变形小等同时达到要求。四川某厂按日本图样生产的汽车曲轴 ,材料为 45 钢 ,采用调质处理后 ,再作 QPQ 盐浴复合处理 ,在大量生产条件下 ,化合物层深度达到 15μm 以上 ,表面硬度达到 600HV 以上 ,超过了日本要求的技术指标 :化合物层深度为 13μm 以 上 ,硬度为 500HV。曲轴径处理后的使用性能及使用寿命都有明显改善和提高。
2.凸轮轴是汽车发动机中又一重要零件 ,它和气门挺杆组成一对摩擦副。凸轮轴除在工作过程中承受一定的弯曲和扭转载荷以外 ,主要是凸轮部分承受变化的挤压应力和与挺杆的摩擦。凸轮轴的主要损坏形式是凸轮部分磨损和粘着磨损 ,以及凸轮表面因挤压应力的反复作用而造成麻点或表面剥落。因此凸轮轴除了要求有一定的强度和刚性以外 ,还应具有良好的耐疲劳性能和耐磨性能。而QPQ 盐浴复合处理技术特点在于 :化合物具有极高的耐磨性 ,可以减少磨擦系数 ,从而减少凸轮的磨损 ,避免粘着现象的产生 ,同时由于扩散层可以大幅度提高疲劳强度 ,减少凸轮表面产生麻点或剥落的可能性 ,延长凸轮轴的使用寿命。例如上海桑塔纳轿车厂生产的合金铸铁凸轮轴 ,经 QPQ 盐浴复合处理后 ,渗层的硬度和深度都超过了该厂要求的指标 ,而在外观和防锈性能方面优于原上海桑塔纳产品。
3.汽车的气门是在高温状态下工作的零件 ,尤其是在排气门与气缸相接触的面 ,温度高达 600～700 ℃。因此它要求工作面耐热蚀、热疲劳、耐磨损。气门经预热处理并达到规定的要求后再进行 QPQ盐浴复合处理 ,可在其表面形成 5μm 以上的化合物层 ,使气门在高温状态下的耐蚀、耐磨、耐疲劳性能大幅度提高。我国几家专业气门厂家应用该项技术后 ,其产品性能明显提高。美国康明斯发动机的气门经 QPQ 盐浴复合处理后 ,其耐磨性比镀硬铬高2倍 ,并成功地解决了六价铬公害问题
2、在模具制造上的应用
QPQ 盐浴复合处理技术广泛适用各类模具 ,主要用于提高已热处理的模具寿命或直接用于替代模具的热处理。
近年来铝合金建筑型材的用量迅速增加 ,用于铝合金成型的模具消耗量也随之增加 ,这类成型模具在中外合资企业或外资企业都采用 H13 (0135 %C 5 %Cr 1. 5 %Mo 1 %V 1 %Si) 热作模具钢制造。H13钢模具经淬火回火 ,然后再作 QPQ 盐浴复合处理后 ,在模具内孔形成厚度 10μm 以上的化合物层 ,硬度在900HV 以上。四川省的几家铝材厂及湖北某汽车厂生产的挤压模具经上述处理后 ,模具的使用寿命均提高了 2～3 倍。
成都某厂的汽车橡胶油封圈模具 ,原来采用 45 钢淬火 ,但由于模具内腔形状复杂 ,热处理时抛光面的粗糙度遭到破坏 ,腔内许多花纹无法再加工 ,粗糙度和尺寸精度达不到要求 ,因而压制不出合格的橡胶油封圈。为了压制出合格的橡胶油封圈 ,该厂将 45 钢制模具先进行调质处理 ,硬度达到 220HBS 左 右 ,以便降低精车加工的粗糙度 ,内部花纹手工刻出 ,模具加工好以后进行 570 ℃、2h 氮化的QPQ 盐浴复合处理。模具表面形成氧化膜、15μm 左右的化合物层和 015mm 左右的扩散层 ,用这种方法制造的模具成本低 ,寿命长 ,精度高 ,压制的橡胶密封圈质量达到了日本进口产品的水平 ,填补了国内空白。
3、在刀具上的应用
QPQ 盐浴复合处理技术在刀具上的应用相当广泛。无论是常用的钻头、铣刀还是其它刀具 ,经 QPQ盐浴复合处理后 ,刀具的使用寿命明显提高 ,尤其是在挽救废品刀具使其恢复并提高表面硬度方面有独特功能。有关研究部门曾分别对 3 家工具厂的钻头进行了 QPQ 盐浴复合处理前后的寿命对比试验。
试验结果如表 1。
结果表明 ,钻头经 QPQ 盐浴复合处理后可使钻头的寿命提高 2～3 倍。
4 结束语
QPQ 盐浴复合处理技术发展到今天 ,其用途大都集中在提高产品的耐磨性、抗蚀性和减小变形方面 ,而在大量代替镀铬、代替不锈钢、硬质合金和铜等方面的研究工作却开展较少 ,有着巨大的开发潜力。如大量的试验数据和实际使用情况表明 ,QPQ 盐浴复合处理可使普通碳钢的抗蚀性超过镀铬的 10倍以上 ,这对于有效解决镀铬的六价铬公害问题而具有重大的社会意义。又如铜价格较贵 ,是国家的战略物资 ,根据磨损试验 ,如将 45 钢与青铜制造一对摩擦副改成 45 钢与白口铸铁 ,并实行 QPQ 盐浴复合处理 ,则其耐磨性成 10 倍提高 ,由此看来 ,铸铁代替青铜 ,不但降低成本 ,耐磨性也得到了提高。QPQ 盐浴复合处理技术的核心 :无公害的盐浴配方虽然长期由德国迪高沙公司独家垄断 ,但我国机械部成都工具研究所经十余年的研究 ,终于独立开发了新的盐浴配方。专家鉴定该技术达到了国际先进水平 ,无公害水平优于国外技术 ,该项技术已列为“九五”期间国家级重点推广项目 ,并已在我国现代化工业生产中产生了巨大的经济效益和社会效益
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