高温下qpq表面改性层的干滑动摩擦磨损性能研究(附件)【字数：13053】
QPQ盐浴复合处理技术是一种可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性的新的金属表面强化改性技术，其实质上是低温盐浴渗氮+盐浴氧化或低温盐浴氮碳共渗+盐浴氧化。QPQ被广泛应用于机械制造业、汽车等领域，以提高产品的耐磨性，耐疲劳强度和耐蚀性。本试验以Q345B钢为原材料，通过正交法进行16组QPQ盐浴复合处理试验和高温摩擦磨损试验。并利用OM、显微硬度计、SEM、X射线衍射仪、激光共聚焦扫描显微镜、高温摩擦磨损试验机分别对处理后的渗层显微组织、显微硬度、化学成分、物相、磨痕粗糙度和耐磨性进行研究，相成分等进行分析。结果表明Q345B钢在QPQ处理后表面由外到内可形成明显的白亮层和扩散层，且渗层厚度随着氮化时间的延长增大；样品表面有Fe2-3 N和Fe3O4组成；Q345B钢的最佳QPQ工艺参数为560℃渗氮150min，390℃氧化20min。QPQ能显著增加Q345B钢的耐磨性，调质试样和圆钢的磨损量分别是QPQ处理之后的7倍和9倍。在250℃下摩擦磨损时以磨砺磨损和黏着磨损并存，氮化温度较高时，磨痕表面出现的塑形流变越明显，黏着磨损越严重，并存在氧化磨损。关键词QPQ技术；正交试验；高温摩擦磨损
目录
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出及研究意义 1
1.2 QPQ盐浴复合技术简介 1
1.2.1 QPQ工艺过程和各工序作用 1
1.2.2 QPQ盐浴复合处理技术特点 3
1.3 QPQ熔盐组成与原理 5
1.3.1 QPQ盐浴的发展现状 5
1.3.2 基盐的调整与开发 6
1.4 QPQ渗层形貌及特征 6
1.4.1 渗层的形成 6
1.4.2 渗层形成的影响因素 9
1.5 QPQ盐浴复合技术的最新进展 11
1.5.1 理论研究方面的进展 11
1.5.2 工艺研究进展 12
1.6 摩擦磨损研究 12
1.6.1 磨损机制 13
1.6. 2磨损过程 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
第2章 材料制备与试验方法 15
2.1 试验材料 15
2.2 试验设备 15
2.3 实验工艺设计 18
2.3.1 试验流程图 18
2.3.2 具体试验步骤及参数设定 18
2.3.3 正交试验设计 20
第3章 工艺参数对渗层组织影响 21
3.1 QPQ氮碳共渗层及厚度 21
3.2 QPQ渗层显微形貌和元素 23
3.3 渗层物相分析 24
3.4 QPQ氮碳共渗层的硬度 25
第4章 QPQ渗层的高温摩擦磨损性能 27
4.1 摩擦磨损对照试验分析 27
4.2 正交试验与最佳耐磨工艺参数确定 28
4.3 磨损量与摩擦因数 29
4.3.1 工艺参数对磨损量的影响 29
4.3.2 工艺参数对摩擦因数的影响 30
4.4 磨损面及磨痕形貌 32
4.4.1 磨痕的显微形貌 32
4.4.2 磨痕的粗糙度 35
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1 问题的提出及研究意义
在企业生产铜质翅片管过程中，所用的低合金钢刀片原材料为Q345B圆钢。由于该刀片未经过有效的表面强化处理，目前只能用2个班即24小时，寿命很短，更换影响效率，增大了企业的生产成本。由于QPQ盐浴复合处理技术是一种改善钢材组织性能，提高寿命的表面强化手段，以资阳内燃机车厂为例，其用于加工机车连杆的铣刀，寿命提高2倍；相比成都某飞机发动机公司加工不锈钢的铣刀已经到了不经复合处理就无法正常使用的地步[1]。所以本课题选择QPQ盐浴复合处理技术来对其进行表面强化，考虑到刀片实际的使用温度较高，所以选择研究高温下该工艺对材料的组织和摩擦磨损性能的影响，并分析其影响机制。
盐浴渗氮方法多种多样，适用范围各不相同。在金属材料的渗氮方面，相比污染严重且剧毒的老的盐浴渗氮强化方法，在新型的盐浴复合处理中其原料完全不含氰化物的盐浴配方，并增加一道可以彻底分解残余氰根的氧化工序，这样就形成了新的无公害的盐浴复合处理技术。
在此基础上，美国科林公司增加了一道抛光工序，抛光后再氧化，这就形成了QPQ技术。“QPQ”是英文“QuenchPolishQuench”的缩写，从字面解释其原义为淬火、抛光、淬火，而从专业角度来讲，是对工件做了盐浴复合处理后，为了降低表面粗糙度，对工件进行一次抛光，然后在盐浴中做一次氧化处理[2]。QPQ复合处理技术是由盐浴渗氮技术演变而来的[3]。该技术在几乎不对工件表面造成变形的前提下，能大幅度的提高材料表面的强度和耐磨性。相对于其他表面强化技术，QPQ具有原料无污染、参数容易控制、强化效果好、变形小等优点，这不仅使得QPQ用在合金钢刀片上具有重要的研究价值，而且由此也可以联系到它在其他方面的应用及其原理，因此本课题的研究显得具有实际意义。
1.2 QPQ盐浴复合技术简介
1.2.1 QPQ工艺过程和各工序作用
QPQ盐浴复合处理技术是在无公害盐浴复合处理方法的基础上发展而来。它与之前的气体软氮法和活性氰盐渗氮法相比，不仅消除了剧毒氰根带来的危害，并且能使渗氮的适用范围得以扩大。QPQ适用于各种工具钢、模具钢、结构钢和不锈钢零部件及各种粉末冶金件。它可以大量替代高频淬火、渗碳淬火、镀硬铬及离子渗氮。作为抗蚀技术可以替代镀铬、镀镍、磷化等技术，也可以作为高级发黑技术应用[4]。
QPQ工艺过程如图1.1所示，QPQ复合处理技术是在盐浴处理之后增加了一道抛光工序，其后再进行一次氧化处理。
其中主要工艺及各工艺作用如下：
除锈去油：这对工件的渗层质量和外观极其重要，它是预热前的重要工序。
工件表面的锈迹不仅影响到QPQ处理中氮、碳的渗入，而且还会因为受热不均存在残余应力，影响到渗件的质量。因此，当工件表面的锈迹较少时可以通过砂纸打磨去除。关于去油，国外的一些研究发现，当切削得到样品或工件时，会在样品或工件的表面残留一些油脂、切削液等，或者是一些金属清洗剂，这些污渍会以薄膜的形式存在工件表面，不仅会影响到氮、碳原子的渗入，还会污染盐浴。并且在预热时不能有效处理掉这些油脂。对于某些不锈钢和耐热钢，由于其表面存在钝化膜可以通过酸洗或者喷砂的方式加以去除。对于碳钢类的样品，可以使用植物类清洗剂去除表面的油脂。工件或样品在清洗之后要加以清水冲洗，并要吹干。
目录
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出及研究意义 1
1.2 QPQ盐浴复合技术简介 1
1.2.1 QPQ工艺过程和各工序作用 1
1.2.2 QPQ盐浴复合处理技术特点 3
1.3 QPQ熔盐组成与原理 5
1.3.1 QPQ盐浴的发展现状 5
1.3.2 基盐的调整与开发 6
1.4 QPQ渗层形貌及特征 6
1.4.1 渗层的形成 6
1.4.2 渗层形成的影响因素 9
1.5 QPQ盐浴复合技术的最新进展 11
1.5.1 理论研究方面的进展 11
1.5.2 工艺研究进展 12
1.6 摩擦磨损研究 12
1.6.1 磨损机制 13
1.6. 2磨损过程 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
第2章 材料制备与试验方法 15
2.1 试验材料 15
2.2 试验设备 15
2.3 实验工艺设计 18
2.3.1 试验流程图 18
2.3.2 具体试验步骤及参数设定 18
2.3.3 正交试验设计 20
第3章 工艺参数对渗层组织影响 21
3.1 QPQ氮碳共渗层及厚度 21
3.2 QPQ渗层显微形貌和元素 23
3.3 渗层物相分析 24
3.4 QPQ氮碳共渗层的硬度 25
第4章 QPQ渗层的高温摩擦磨损性能 27
4.1 摩擦磨损对照试验分析 27
4.2 正交试验与最佳耐磨工艺参数确定 28
4.3 磨损量与摩擦因数 29
4.3.1 工艺参数对磨损量的影响 29
4.3.2 工艺参数对摩擦因数的影响 30
4.4 磨损面及磨痕形貌 32
4.4.1 磨痕的显微形貌 32
4.4.2 磨痕的粗糙度 35
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1 问题的提出及研究意义
在企业生产铜质翅片管过程中，所用的低合金钢刀片原材料为Q345B圆钢。由于该刀片未经过有效的表面强化处理，目前只能用2个班即24小时，寿命很短，更换影响效率，增大了企业的生产成本。由于QPQ盐浴复合处理技术是一种改善钢材组织性能，提高寿命的表面强化手段，以资阳内燃机车厂为例，其用于加工机车连杆的铣刀，寿命提高2倍；相比成都某飞机发动机公司加工不锈钢的铣刀已经到了不经复合处理就无法正常使用的地步[1]。所以本课题选择QPQ盐浴复合处理技术来对其进行表面强化，考虑到刀片实际的使用温度较高，所以选择研究高温下该工艺对材料的组织和摩擦磨损性能的影响，并分析其影响机制。
盐浴渗氮方法多种多样，适用范围各不相同。在金属材料的渗氮方面，相比污染严重且剧毒的老的盐浴渗氮强化方法，在新型的盐浴复合处理中其原料完全不含氰化物的盐浴配方，并增加一道可以彻底分解残余氰根的氧化工序，这样就形成了新的无公害的盐浴复合处理技术。
在此基础上，美国科林公司增加了一道抛光工序，抛光后再氧化，这就形成了QPQ技术。“QPQ”是英文“QuenchPolishQuench”的缩写，从字面解释其原义为淬火、抛光、淬火，而从专业角度来讲，是对工件做了盐浴复合处理后，为了降低表面粗糙度，对工件进行一次抛光，然后在盐浴中做一次氧化处理[2]。QPQ复合处理技术是由盐浴渗氮技术演变而来的[3]。该技术在几乎不对工件表面造成变形的前提下，能大幅度的提高材料表面的强度和耐磨性。相对于其他表面强化技术，QPQ具有原料无污染、参数容易控制、强化效果好、变形小等优点，这不仅使得QPQ用在合金钢刀片上具有重要的研究价值，而且由此也可以联系到它在其他方面的应用及其原理，因此本课题的研究显得具有实际意义。
1.2 QPQ盐浴复合技术简介
1.2.1 QPQ工艺过程和各工序作用
QPQ盐浴复合处理技术是在无公害盐浴复合处理方法的基础上发展而来。它与之前的气体软氮法和活性氰盐渗氮法相比，不仅消除了剧毒氰根带来的危害，并且能使渗氮的适用范围得以扩大。QPQ适用于各种工具钢、模具钢、结构钢和不锈钢零部件及各种粉末冶金件。它可以大量替代高频淬火、渗碳淬火、镀硬铬及离子渗氮。作为抗蚀技术可以替代镀铬、镀镍、磷化等技术，也可以作为高级发黑技术应用[4]。
QPQ工艺过程如图1.1所示，QPQ复合处理技术是在盐浴处理之后增加了一道抛光工序，其后再进行一次氧化处理。
其中主要工艺及各工艺作用如下：
除锈去油：这对工件的渗层质量和外观极其重要，它是预热前的重要工序。
工件表面的锈迹不仅影响到QPQ处理中氮、碳的渗入，而且还会因为受热不均存在残余应力，影响到渗件的质量。因此，当工件表面的锈迹较少时可以通过砂纸打磨去除。关于去油，国外的一些研究发现，当切削得到样品或工件时，会在样品或工件的表面残留一些油脂、切削液等，或者是一些金属清洗剂，这些污渍会以薄膜的形式存在工件表面，不仅会影响到氮、碳原子的渗入，还会污染盐浴。并且在预热时不能有效处理掉这些油脂。对于某些不锈钢和耐热钢，由于其表面存在钝化膜可以通过酸洗或者喷砂的方式加以去除。对于碳钢类的样品，可以使用植物类清洗剂去除表面的油脂。工件或样品在清洗之后要加以清水冲洗，并要吹干。
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