qpq表面處理對銷軸的影響

通過對調(diào)質(zhì)后27SiMn銷軸進行QPQ處理，分別對試樣進行常規(guī)力學性能試驗、金相分析和中性鹽霧試驗，并與鍍鋅27SiMn銷軸進行耐蝕性比較。結(jié)果表明，QPQ處理后27SiMn銷軸表面硬度大幅提高，增加了銷軸的耐磨損性能，強度、沖擊功略微下降，但仍滿足使用要求。與鍍鋅27SiMn銷軸相比，QPQ處理后耐蝕性大幅提高。

27SiMn鋼因其較好的綜合性能和較低的價格廣泛應(yīng)用于液壓支架領(lǐng)域，特別是銷軸等連接件，在使用時通常承受較大載荷作用，易發(fā)生磕碰、磨損、銹蝕，甚至斷裂，再加上煤礦井下惡劣的使用環(huán)境，常規(guī)防銹措施難以滿足使用要求 [1] 。目前公司此類零件的處理工藝一般為調(diào)質(zhì)+鍍鋅處理方式，由于鍍鋅處理耐蝕性能較差，且易出現(xiàn)褪色、脫落等一系列問題，迫切需要一種更優(yōu)的表面處理方法。

“QPQ”是英文“Quench-Polish-Quench”的縮寫，原意為淬火-拋光-淬火，在國內(nèi)把其稱作QPQ鹽浴復合處理技術(shù)。QPQ技術(shù)在20世紀70年代由德國公司發(fā)明，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展改進，應(yīng)用范圍越來越廣。目前，QPQ處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、機床、電子零件和工程機械行業(yè)中，使重要受載零件獲得高耐磨性、高耐蝕性、高抗疲勞性以及畸變量小的特性。由于該技術(shù)具有上述眾多優(yōu)點，引起各方廣泛關(guān)注。

本文對液壓支架用27SiMn鋼銷軸先調(diào)質(zhì)然后進行QPQ處理，研究了QPQ處理后零件的力學性能、微觀顯微組織及耐腐蝕性能，并與鍍鋅件性能進行比對，分析了QPQ處理替代鍍鋅應(yīng)用于銷軸表面防護處理的可行性。

1. 試樣制備及試驗方法

試驗用27SiMn銷軸直徑為 φ 80mm，長度為200mm，經(jīng)車削磨削加工使其表面粗糙度達到1.6μm，試驗用導向套、活塞由于表面存在溝槽及螺紋，無法上磨床，經(jīng)車削加工后表面粗糙度為3.2μm，調(diào)質(zhì)硬度均為240～280HBW，調(diào)質(zhì)工藝見表1所示。將工件依此進行：去油清洗→預熱（400～450℃，10～40min）→鹽浴滲氮（500～600℃，10～180min）→鹽浴氧化（350～450℃，10～20min）→拋光→二次氧化（350～450℃，30～40min）→去鹽清洗→干燥→浸油。

采用三思擺錘沖擊試驗機測試V型缺口試樣在室溫的沖擊吸收能量，拉伸試驗設(shè)備為******電子試驗機，取樣位置按照GB/T2975—1998《力學性能試驗取樣位置及試樣制備》標準取樣，試驗結(jié)果如表2所示。

2. 試樣結(jié)果與分析

（1）力學性能分析 拉伸試驗依據(jù)G B/T228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗******部分：室溫試驗方法》進行，沖擊試驗依據(jù)GB/T 229—2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》，硬度測試則是依據(jù)GB/T 231.1—2009《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》。上述兩組試驗進行拉伸試驗求平均值，綜合力學性能如表2所示。

試驗結(jié)果表明，由于QPQ過程中鹽浴滲氮溫度較高，相當于二次回火，使工件的強度、沖擊吸收能量略有下降，但下降幅度小，仍能滿足使用要求。QPQ處理后試樣表面硬度大幅提高，提高了零件的耐磨損性能。

（2）顯微組織分析 分別在試樣的表面和R/2處取樣，研磨、拋光后經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕用于金相顯微觀察，圖1a為調(diào)質(zhì)27SiMn鋼棒經(jīng)QPQ處理后截面金相照片，圖1b為調(diào)質(zhì)27SiMn鋼棒經(jīng)QPQ處理后R/2處金相照片。由圖可見，經(jīng)QPQ處理后試樣表面形成一層滲透層，總厚度約20μm，滲透層主要由擴散層和化合物層組成，表面還存在一層很薄的Fe 3 O 4 氧化膜 [10] ，厚度僅3mm左右，表層組織為氮化物顆粒與回火索氏體的混合物，均勻分布的氮化物具有彌散強化作用，大大提高了銷軸表層的硬度，使銷軸耐磨性增加。試樣R/2處組織為均勻致密的回火索氏體。

（3）耐腐蝕性能分析 為了測試經(jīng)QPQ處理后試樣的耐腐蝕性能，進行了中性鹽霧試驗，并與相應(yīng)鍍鋅件進行耐蝕性比對。試驗依據(jù)為GB/T6458—1986《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗》和GB/T10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》。

圖2所示為調(diào)質(zhì)27SiMn鋼棒分別經(jīng)QPQ處理和鍍鋅處理后中性鹽霧試驗168h后照片，由圖可見，經(jīng)QPQ處理試件試驗結(jié)束后表面無明顯變化，鍍鋅試樣表面鈍化膜褪色嚴重并出現(xiàn)黑色斑點。

多次試驗結(jié)果表明，QPQ處理工藝能夠使銷軸的端部和表面得到致密均勻的表面處理層，使其耐腐蝕性能大幅提高，其抗中性鹽霧腐蝕試驗的能力超過200h，繼續(xù)鹽霧試驗腐蝕擴展速度很慢，腐蝕首先發(fā)生在尖銳的棱角處，避免尖銳棱角的出現(xiàn)可進一步提高其抗鹽霧腐蝕能力。鍍鋅銷軸的抗中性鹽霧腐蝕試驗的能力在96～120h，在電鍍過程中，由于電流密度在銷軸上分布不均勻，造成鍍層的厚薄不均勻，抗腐蝕能力一般不理想。因此，QPQ處理銷軸耐腐蝕性能優(yōu)于鍍鋅銷軸。

3. 結(jié)語

本文通過對調(diào)質(zhì)后27SiMn銷軸進行QPQ處理，分別從銷軸力學性能、顯微組織、耐腐蝕性能等方面進行了對比分析，結(jié)果表明，經(jīng)QPQ處理銷軸綜合性能優(yōu)于鍍鋅銷軸。主要結(jié)論如下：

1）QPQ處理后27SiMn銷軸表面硬度大幅提高，增加了銷軸的耐磨損性能，強度、沖擊吸收能量略微下降，但仍滿足使用要求。

2）從顯微組織看，QPQ處理后27SiMn銷軸表面形成一層滲透層，總厚度約20μm，滲透層主要由擴散層和化合物層組成，表面還存在一層很薄的Fe 3 O 4 氧化膜，厚度僅3mm左右，表層組織為氮化物顆粒與回火索氏體的混合物，R/2處組織為均勻致密的回火索氏體。

3）從鹽霧試驗看，QPQ處理工藝在銷軸的端部和表面得到的表面處理層，能大幅提高銷軸的耐腐蝕性能。