QPQ表麵處理

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螺紋緊固件QPQ處理

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螺紋緊固件QPQ處理

發布日期:2019-11-22 作者: 點擊:

 QPQ(Quench-Polish—Quench)即淬火―拋光-淬火,其工藝實質低溫鹽浴滲氮+鹽浴氧化或者低溫氮碳共滲+鹽浴氧化。近年來,這種新工藝新技術因優異的綜合性能:高耐磨性和很好的抗腐蝕性能,以及微變形,環保無汙染的特性等,在工業領域得到了極其廣泛的應用。

  從抗腐蝕性能來看,QPQ鹽浴較之類似的工藝如高溫堿煮和餘溫發黑有著不可比擬的優勢;但生產實踐同時也表明,螺紋緊固件在QPQ處理過程經常出現外觀顏色發紅、發黃、發花,變白,汙垢多,雜質多等諸多不良表麵缺陷。在螺紋斜麵或牙穀底處容易吸汙納垢,也不容易進行前處理(去油、除鏽、清洗等)。在氮碳共滲過程中,螺紋結構也通常流動性不太好,容易導致化合物層較薄,表麵諸多不良缺陷。在生產中當材料含Si量多時,如27SiMn、30CrMnSi等材料,工件外表發花、發紅現象極多。雖然此現象不影響工件的耐磨和抗蝕性,但影響工件的美觀。

  同時,緊固件螺紋需要有穩定公差尺寸,才能保證螺紋良好的配合性和互換性。QPQ處理時,再次加熱和冷卻,必將會應力發生變化,從而導致螺紋精度的不穩定性。

  鑒於此,成都QPQ工藝廠家認為有必要對螺紋結構外觀不良表麵缺陷進行係統地分析和研究,建立其相應的失效模式,並采取對針對性的措施和對策,有效地避免類似問題的再次發生。




                       



  一、實驗材料

  該文試驗材料(易切削鋼Y40Mn)為汽車零部件雙頭連接件螺紋緊固件。其化學成分(質量分數,%):0.42C,1.4Mn,0.25Si,0.017P,0.05Cr,0.05N。同樣地,Y40Mn的Si量高達1.41Mn,與上述27SiMn、30CrMnSi的Si含量相當,屬於高Si產品。另外,其尺寸大小為M24*l.5*11.0-M27*2*21.3—6g,螺距分別為1.5mm和2.0mm在標準公製螺紋中是均屬於細螺紋,其公差帶分別為236μm和280μm。

  二、實驗基本工作原理

  2.1原來QPQ處理工藝主要流程為

  去油→除鏽→漂洗→預熱→氮化→氧化→拋光→氧化→水清洗→自然幹燥→浸油。

  經過多次小批QPQ處理試驗,確定了符合本產品的工藝流程和技術參數。

  2.2優化後QPQ處理工藝主要流程為

  去油→除鏽→漂洗→預熱→氮化→氧化→拋光→氧化超聲波清洗→強製幹燥→浸油。

  2.3優化後QPQ處理工藝主要技術參數

  預熱(空氣爐):350—400℃,30-40min。氮化(鹽溶爐):520-580℃,2-3h。氧化(鹽溶爐):360-400℃,15-20min。

  2.4優化後QPQ處理工藝曲線為

  the optimized QPQ treatment processgraph

  2.5 QPQ處理各主要工序的基本作用

  除油:采用有機溶劑型清洗劑除去表麵的油汙,同時也去掉零件表麵的雜質。

  除鏽:需采用酸洗或噴砂法除盡表麵已產生的氧化皮和氧化物,使氮化層易吸附在基材表麵。否則已經滲透到金屬內部的氧原子,在氮化過程中會阻止滲氮的速度,影響滲氮的效果。同時,氧化皮和氧化物還會汙染鹽浴成分,導致溶液雜質偏多使氮化層易吸附在基材表麵。

  預熱:其目的烘幹工件表麵的水分,以防工件帶水入氮化爐引起鹽浴濺射。使冷工件升溫後再入氮化爐,便於加快滲氮擴散速度,提高滲氮效果。

  氮碳共滲:氮化是QPQ鹽浴的最關鍵工序。氮化鹽中釩酸根的分解而產生的活性氮原子滲入工件,在工件表麵形成高耐磨性和抗蝕性強的化合物層和耐疲勞的擴散層。其反應方程式⑴如下:

  2CN0-+02=C032-+C0+N2

  4CNO-=C032-+2CN-+CO+N2

  在QPQ處理的氮化溫度(520-570℃)下,工件表麵的高濃度N、C原子向內部擴形成擴散層。其反應方程式⑴如下:

  (2-3)Fe+[N]=Fe2-3N

  3Fe+[C]=Fe3C

  一次氧化:主要氧化工序的作用一是徹底分解工件從氮化爐帶出來的氰根,達到環保要求。在工件表麵形成黑色氧化膜,增加防腐能力,並提高耐磨性。其反應方程式如下:

  2Fe+02=2Fe0

  4Fe+302=2Fe203

  Fe0+Fe203=Fe304

  拋光:鑒於螺紋結構件的特殊性,本案曾經采用噴砂處理的方式,雖可以成功地除去工件表麵的疏鬆結構。但細小的(金剛砂粒徑為0.2-0.3mm)卻殘留螺紋齒間,極其難以清除幹淨,也汙染了後續的氧化溶液,反而導致表麵氧化效果更糟。經過多次實驗,匹配到了合適的磨料粒子,粒徑大小約1.3mm。且仍然通過振動磨料拋光的方式,可較好地除去了氮化過程中殘留物,為後續的氧化生成致密的氧化膜打下了良好的基礎。

  二次氧化:工件在拋光後,使工件表麵恢複成色澤一致外觀,並提高工件的耐腐蝕性。

  因此成都QPQ工藝廠家認為,QPQ處理後的工件組織由三層構成,外表為氧化層;該層主其主要組成為Fe304。它的多孔狀態結構可以儲油,這既具有良好的抗蝕性,也可以提髙耐磨性,同時還有美化外觀的作用。中間為化合物層(白亮層),其主要組成為Fe2-3N。它具有超強的耐磨性,也有良好的抗蝕性。最裏層為擴散層,主要組成物為氮化物,主要作用是提高工件的疲勞強度。

  2.6螺紋緊固件QPQ鹽浴複合處理常見表麵問題處理對策

  具體情況如表1所示。

  三、結果

  3.1目視法

  檢驗標準:按相關規定為:在500LX的照度下,距燈300mtn肉眼觀察,外表麵顏色應比較均勻一致,不得有明顯的花斑、鏽跡、發紅、露底,內孔清潔無髒汙。整改後的產品多批次的結果表明完全滿足客戶外觀要求。

  3.2通止規測試

  QPQ處理采取了專用筒式裝卡的方式,避免了零件間在全過程中相互碰撞而造成表麵露底和螺紋損傷的問題。

  對M24和M27的螺紋6g公差帶,按國家通止規標準進行檢測,完全符合要求。

  3.3CuS04測試

  用10%CuS04溶液滴試工件非棱角處,30分鍾不析出銅,即表示有完整滲層,防鏽能力滿足要求。

  優化工藝的每批次產品實際上結果是:即便是使用16%CuS04溶液進行浸泡,至少90分鍾才有紅色的銅析出。

  同時,這也遠遠優於GB/T15519-2002對鋼鐵黑色氧化膜對孔隙率的要求,用3%CuSO4液滴試或浸泡30秒中不析出銅。

  3.4鹽霧試驗時間

  按照IS09227中性鹽霧試驗表明,紅色鏽蝕往往首先出現出現在尖銳的棱和角處,時間一般為在40h左右。

  3.5 一次合格率

  據統計,整改前一次合格率為僅僅75%左右;進過係統整改後,目前一次合格率為100%。

  四、結語

  通過對螺紋件QPQ處理外觀常見問題全麵地分析,全過程整改,不但提高了螺紋件零件的外觀產品質量,還節約了返工的費用和時間,也提髙了客戶的滿意度。同時,隻有對實際生產過程認真觀察,深入現場分析研究,按照PDCA質量管理的方法,才可找到發生問題的真實原因;再經過反複試驗,才能製定出最佳糾正整改措施,然後才能將相關要點固化在相關作業文件中(作業指導書和PPAP文件等),才能持續不斷地提升產品質量。

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