隨著現(xiàn)代機器制造業(yè)的發(fā)展 ,對金屬材料的性能提出了更高的要求 ,特別是 20 世紀 70 年代中期 ,世界范圍內(nèi)對環(huán)保的重視 ,許多老的鹽浴表面強化方法因采用氰化物而紛紛被淘汰 ,但汽車等工業(yè)的迅速發(fā)展 ,不僅不能缺少這類技術 ,而且迫切要求開發(fā)一種耐磨性更高、抗蝕性更好的新金屬鹽浴表面強化技術。世界著名的德國迪高沙公司(Degussa) 就是順應科技發(fā)展的要求 ,率先開發(fā)出原料中不含氰化物的鹽浴配方 ,并增加了一道可以徹底分解殘余氰根的氧化工序 ,這種新的鹽浴復合處理技術不僅做到了原料無毒、不污染環(huán)境 ,而且使金屬表面的耐磨性、抗蝕性有更大的提高 ,且工件處理前后變形微小。
美國科林公司( Kolene) 引進這一技術 ,工件處理后增加一道拋光工序 ,拋光后再氧化一次 ,從而使工件表面粗糙度大大降低 ,外觀賞心悅目 ,同時使金屬表面的抗蝕性、耐磨性進一步提高 ,這就是 QPQ 技術。
此項新技術已在機器制造業(yè)中獲得廣泛應用。
1、在汽車零件上的應用
汽車是 QPQ 鹽浴復合處理技術第一大應用行業(yè)。汽車的曲軸、凸輪軸、氣簧、扭轉盤、氣門等零件年處理量由數(shù)百萬件到數(shù)千萬件 ,而氣門的處理量竟達 3.45 億件。
1.曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一。它承受復雜的彎曲、扭轉載荷和一定的沖擊載荷 ,軸頸表面還要承受磨損。它的破壞形式是在軸頸和曲柄過渡的圓角處產(chǎn)生疲勞裂紋及軸頸表面的嚴重磨損。用傳統(tǒng)熱處理方法難以在表面硬度、心部的強度及變形小等同時達到要求。四川某廠按日本圖樣生產(chǎn)的汽車曲軸 ,材料為 45 鋼 ,采用調質處理后 ,再作 QPQ 鹽浴復合處理 ,在大量生產(chǎn)條件下 ,化合物層深度達到 15μm 以上 ,表面硬度達到 600HV 以上 ,超過了日本要求的技術指標 :化合物層深度為 13μm 以 上 ,硬度為 500HV。曲軸徑處理后的使用性能及使用壽命都有明顯改善和提高。
2.凸輪軸是汽車發(fā)動機中又一重要零件 ,它和氣門挺桿組成一對摩擦副。凸輪軸除在工作過程中承受一定的彎曲和扭轉載荷以外 ,主要是凸輪部分承受變化的擠壓應力和與挺桿的摩擦。凸輪軸的主要損壞形式是凸輪部分磨損和粘著磨損 ,以及凸輪表面因擠壓應力的反復作用而造成麻點或表面剝落。因此凸輪軸除了要求有一定的強度和剛性以外 ,還應具有良好的耐疲勞性能和耐磨性能。而QPQ 鹽浴復合處理技術特點在于 :化合物具有極高的耐磨性 ,可以減少磨擦系數(shù) ,從而減少凸輪的磨損 ,避免粘著現(xiàn)象的產(chǎn)生 ,同時由于擴散層可以大幅度提高疲勞強度 ,減少凸輪表面產(chǎn)生麻點或剝落的可能性 ,延長凸輪軸的使用壽命。例如上海桑塔納轎車廠生產(chǎn)的合金鑄鐵凸輪軸 ,經(jīng) QPQ 鹽浴復合處理后 ,滲層的硬度和深度都超過了該廠要求的指標 ,而在外觀和防銹性能方面優(yōu)于原上海桑塔納產(chǎn)品。
3.汽車的氣門是在高溫狀態(tài)下工作的零件 ,尤其是在排氣門與氣缸相接觸的面 ,溫度高達 600～700 ℃。因此它要求工作面耐熱蝕、熱疲勞、耐磨損。氣門經(jīng)預熱處理并達到規(guī)定的要求后再進行 QPQ鹽浴復合處理 ,可在其表面形成 5μm 以上的化合物層 ,使氣門在高溫狀態(tài)下的耐蝕、耐磨、耐疲勞性能大幅度提高。我國幾家專業(yè)氣門廠家應用該項技術后 ,其產(chǎn)品性能明顯提高。美國康明斯發(fā)動機的氣門經(jīng) QPQ 鹽浴復合處理后 ,其耐磨性比鍍硬鉻高2倍 ,并成功地解決了六價鉻公害問題
2、在模具制造上的應用
QPQ 鹽浴復合處理技術廣泛適用各類模具 ,主要用于提高已熱處理的模具壽命或直接用于替代模具的熱處理。
近年來鋁合金建筑型材的用量迅速增加 ,用于鋁合金成型的模具消耗量也隨之增加 ,這類成型模具在中外合資企業(yè)或外資企業(yè)都采用 H13 (0135 %C 5 %Cr 1. 5 %Mo 1 %V 1 %Si) 熱作模具鋼制造。H13鋼模具經(jīng)淬火回火 ,然后再作 QPQ 鹽浴復合處理后 ,在模具內(nèi)孔形成厚度 10μm 以上的化合物層 ,硬度在900HV 以上。四川省的幾家鋁材廠及湖北某汽車廠生產(chǎn)的擠壓模具經(jīng)上述處理后 ,模具的使用壽命均提高了 2～3 倍。
成都某廠的汽車橡膠油封圈模具 ,原來采用 45 鋼淬火 ,但由于模具內(nèi)腔形狀復雜 ,熱處理時拋光面的粗糙度遭到破壞 ,腔內(nèi)許多花紋無法再加工 ,粗糙度和尺寸精度達不到要求 ,因而壓制不出合格的橡膠油封圈。為了壓制出合格的橡膠油封圈 ,該廠將 45 鋼制模具先進行調質處理 ,硬度達到 220HBS 左 右 ,以便降低精車加工的粗糙度 ,內(nèi)部花紋手工刻出 ,模具加工好以后進行 570 ℃、2h 氮化的QPQ 鹽浴復合處理。模具表面形成氧化膜、15μm 左右的化合物層和 015mm 左右的擴散層 ,用這種方法制造的模具成本低 ,壽命長 ,精度高 ,壓制的橡膠密封圈質量達到了日本進口產(chǎn)品的水平 ,填補了國內(nèi)空白。
3、在刀具上的應用
QPQ 鹽浴復合處理技術在刀具上的應用相當廣泛。無論是常用的鉆頭、銑刀還是其它刀具 ,經(jīng) QPQ鹽浴復合處理后 ,刀具的使用壽命明顯提高 ,尤其是在挽救廢品刀具使其恢復并提高表面硬度方面有獨特功能。有關研究部門曾分別對 3 家工具廠的鉆頭進行了 QPQ 鹽浴復合處理前后的壽命對比試驗。
試驗結果如表 1。
結果表明 ,鉆頭經(jīng) QPQ 鹽浴復合處理后可使鉆頭的壽命提高 2～3 倍。
4 結束語
QPQ 鹽浴復合處理技術發(fā)展到今天 ,其用途大都集中在提高產(chǎn)品的耐磨性、抗蝕性和減小變形方面 ,而在大量代替鍍鉻、代替不銹鋼、硬質合金和銅等方面的研究工作卻開展較少 ,有著巨大的開發(fā)潛力。如大量的試驗數(shù)據(jù)和實際使用情況表明 ,QPQ 鹽浴復合處理可使普通碳鋼的抗蝕性超過鍍鉻的 10倍以上 ,這對于有效解決鍍鉻的六價鉻公害問題而具有重大的社會意義。又如銅價格較貴 ,是國家的戰(zhàn)略物資 ,根據(jù)磨損試驗 ,如將 45 鋼與青銅制造一對摩擦副改成 45 鋼與白口鑄鐵 ,并實行 QPQ 鹽浴復合處理 ,則其耐磨性成 10 倍提高 ,由此看來 ,鑄鐵代替青銅 ,不但降低成本 ,耐磨性也得到了提高。QPQ 鹽浴復合處理技術的核心 :無公害的鹽浴配方雖然長期由德國迪高沙公司獨家壟斷 ,但我國機械部成都工具研究所經(jīng)十余年的研究 ,終于獨立開發(fā)了新的鹽浴配方。專家鑒定該技術達到了國際先進水平 ,無公害水平優(yōu)于國外技術 ,該項技術已列為“九五”期間國家級重點推廣項目 ,并已在我國現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益
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