qpq表面改性层的干滑动摩擦磨损性能研究theresearchonslidingfrictionandwearperfo
摘 要 摘 要 QPQ盐浴复合处理技术是一种可以同时大幅度提高金属的耐磨性，耐疲劳强度和抗蚀性的金属表面改性强化技术，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。因此，QPQ技术被广泛应用于机械制造业、汽车等领域。本实验是在切削铜质翅片管的刀片常因耐磨性能差而使用周期短的背景下，通过对材料进行合理的QPQ处理使其表面耐磨性提高，从而延长刀片的使用寿命。本试验以Q345b圆钢为原材料，通过设计L16（44）正交实验方案，对调质后的试样进行QPQ盐浴复合处理，然后在常温下对处理后的试样进行摩擦磨损试验。研究利用OM、显微硬度计、SEM、X射线衍射仪、激光共聚焦扫描显微镜等分析设备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分析研究。结果表明Q345b钢在QPQ处理后表面由外到内可形成明显的化合物层、疏松层和扩散层，且渗层厚度受渗氮温度和渗氮时间的影响最大；QPQ表面改性层主要由Fe2-3 N和Fe3O4组成；Q345b钢经过QPQ工艺参数580℃渗氮120min,370℃氧化40min，所得到的有效渗层最厚；QPQ处理能够显著降低Q345b的摩擦系数，减少磨损量；在常温下试样的磨损机理主要是粘着磨损，并伴随轻微的氧化磨损。关键词QPQ盐浴复合技术；正交试验；耐磨性；摩擦磨损 Abstract
Keywords: QPQ compound technology; orthogonal test; wear resistance; friction and wear 目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题的意义及实用价值 1
1.2 QPQ盐浴复合处理技术 1
1.2.1 概述 1
1.2.2 QPQ盐浴复合处理工艺 2
1.2.3 QPQ盐浴复合处理技术原理 3
1.2.4 QPQ技术的特点及应用 4
1.3 摩擦与磨损 4
1.3.1 摩擦的分类 4
1.3.2 磨损机理 5
1.3.3 磨损的评定 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1.4 工艺研究进展 9
1.5 本课题主要研究内容 10
第2章 实验原理及方法 11
2.1实验材料与设备 11
2.1.1实验材料 11
2.1.2 实验仪器及设备 11
2.2 QPQ工艺及渗层分析技术 12
2.2.1 QPQ盐浴复合处理 12
2.2.2 渗层的显微组织观察 14
2.2.3 渗层的显微硬度测定 14
2.2.4 物相分析 14
2.2.5 EDS分析 14
2.3摩擦磨损试验 15
2.3.1常温下干滑动摩擦实验步骤 15
2.3.2 磨损后剖面的金相观察 15
第3章 QPQ表面改性层的结构与成分 16
3.1 表面改性层的XRD分析 16
3.2 表面改性层的显微组织 17
3.3 表面改性层的能谱分析 19
3.4 表面改性层的硬度 19
3.5 表面改性层的摩擦特性 21
第4章 QPQ表面改性层的摩擦磨损性能 24
4.1 正交实验分析 24
4.2 QPQ处理工艺对摩擦磨损性能的影响 26
4.2.1 渗氮处理与摩擦磨损性能 26
4.2.2 氧化处理与摩擦磨损性能 28
4.3 磨损形貌与磨损机理分析 28
4.3.1磨损表面形貌 28
4.3.2 磨痕的粗糙度 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第1章 绪论
1.1 选题的意义及实用价值
为了提高换热管的换热效率，通常在其表面通过加翅片，从而增大换热管的外表面积（或内表面积），达到提高换热效率的目的，人们把这样一种换热管称为翅片管。翅片管作为一种高效的换热元件，经常应用于锅炉、空调等的换热器当中，使用环境恶劣,长期工作于高温高压且具有腐蚀性气氛的工况当中,这要求翅片管应具有很高的防腐性能、 耐磨性能、低的接触热阻、高的稳定性以及防积灰能力。
生产翅片管所用的刀片主要用于分切铝管、铜管、钢管挤压成型各种规格翅片管,要求刀片切断或挤入阻力最小,韧性良好，耐磨性高，出于对产品精度的要求刃具有时须达到微米级精度。刀片通常选用优质的9CrSi，65Mn，60Si2MnA，Cr12MoV（SKD11），W6Mo5Cr4V2（高速钢）等合金钢为原料，运用先进的加工设备和先进的热处理设备，保证产品机械强度和机械性能达到最佳[1]。但是，运用普通方法加工出来的刀片的耐磨性差，寿命很短只能用2个班(24小时)，更换影响效率，大大增加了企业的生产成本。因此，本论文以合金翅片管刀片的原材料Q345b为实验对象，采用常温干滑动摩擦磨损试验的方式，研究不同QPQ处理工艺的Q345b圆钢在常温下的摩擦磨损特性，通过对材料的磨损表面、磨损断面和磨屑进行观察, 分析QPQ处理后材料的摩擦磨损特性随处理工艺变化的规律，并探究材料的磨损机理，为QPQ技术对Q345b钢的处理工艺的实际应用提供理论依据。
1.2 QPQ盐浴复合处理技术
1.2.1 概述
QPQ（Quench Polish Quench）盐浴复合处理技术是一种表面强化技术，其实质是低温盐浴渗氮加盐浴氧化或低温盐浴碳氮共渗加盐浴氧化处理。最早的液体渗氮法始于1929年，其后发展的氰盐渗氮法流行于20世纪40年代，这种全氰化物的低温液体渗氮法也被称为氰化处理，在德国和前苏联广泛用于高速钢刀具的生产[2, 27]。为了缩短生产时的时效时间，德国迪高沙公司于1954 年开发了向氰化物盐浴通空气的新渗氮法，在德国被命名为“Tenifer”即活性液体渗氮或盐浴软氮化。1959年被美国引进，称之为“Tufftride”，1961 年被日本引进。它不仅使盐浴的时效时间由几十小时缩短到几小时，还明显提高了盐浴中的氰酸根[CNO_] 的含量，从而减少了渗层的疏松。于是该技术得到了迅速发展，被发达的工业国家普遍采用[3]。通常情况下，材料硬化处理只能提高金属表面的耐磨性，防腐处理一般也只能提高材料表面的腐蚀性，但是QPQ 处理可以在大幅度提高金属表面的耐磨性和耐腐蚀性的同时，也可以使钢材的耐磨性达到常规热处理的10 倍以上，耐腐蚀性达到镀硬铬处理的20 倍以上，而且工件的畸变极小[4,28]。因此，QPQ技术被广泛应用于机械制造业、汽车等各个领域。
1.2.2 QPQ盐浴复合处理工艺
经过查阅相关文献资料， QPQ盐浴复合处理的主要工艺流程图如图1.1所示。
Keywords: QPQ compound technology; orthogonal test; wear resistance; friction and wear 目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题的意义及实用价值 1
1.2 QPQ盐浴复合处理技术 1
1.2.1 概述 1
1.2.2 QPQ盐浴复合处理工艺 2
1.2.3 QPQ盐浴复合处理技术原理 3
1.2.4 QPQ技术的特点及应用 4
1.3 摩擦与磨损 4
1.3.1 摩擦的分类 4
1.3.2 磨损机理 5
1.3.3 磨损的评定 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1.4 工艺研究进展 9
1.5 本课题主要研究内容 10
第2章 实验原理及方法 11
2.1实验材料与设备 11
2.1.1实验材料 11
2.1.2 实验仪器及设备 11
2.2 QPQ工艺及渗层分析技术 12
2.2.1 QPQ盐浴复合处理 12
2.2.2 渗层的显微组织观察 14
2.2.3 渗层的显微硬度测定 14
2.2.4 物相分析 14
2.2.5 EDS分析 14
2.3摩擦磨损试验 15
2.3.1常温下干滑动摩擦实验步骤 15
2.3.2 磨损后剖面的金相观察 15
第3章 QPQ表面改性层的结构与成分 16
3.1 表面改性层的XRD分析 16
3.2 表面改性层的显微组织 17
3.3 表面改性层的能谱分析 19
3.4 表面改性层的硬度 19
3.5 表面改性层的摩擦特性 21
第4章 QPQ表面改性层的摩擦磨损性能 24
4.1 正交实验分析 24
4.2 QPQ处理工艺对摩擦磨损性能的影响 26
4.2.1 渗氮处理与摩擦磨损性能 26
4.2.2 氧化处理与摩擦磨损性能 28
4.3 磨损形貌与磨损机理分析 28
4.3.1磨损表面形貌 28
4.3.2 磨痕的粗糙度 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第1章 绪论
1.1 选题的意义及实用价值
为了提高换热管的换热效率，通常在其表面通过加翅片，从而增大换热管的外表面积（或内表面积），达到提高换热效率的目的，人们把这样一种换热管称为翅片管。翅片管作为一种高效的换热元件，经常应用于锅炉、空调等的换热器当中，使用环境恶劣,长期工作于高温高压且具有腐蚀性气氛的工况当中,这要求翅片管应具有很高的防腐性能、 耐磨性能、低的接触热阻、高的稳定性以及防积灰能力。
生产翅片管所用的刀片主要用于分切铝管、铜管、钢管挤压成型各种规格翅片管,要求刀片切断或挤入阻力最小,韧性良好，耐磨性高，出于对产品精度的要求刃具有时须达到微米级精度。刀片通常选用优质的9CrSi，65Mn，60Si2MnA，Cr12MoV（SKD11），W6Mo5Cr4V2（高速钢）等合金钢为原料，运用先进的加工设备和先进的热处理设备，保证产品机械强度和机械性能达到最佳[1]。但是，运用普通方法加工出来的刀片的耐磨性差，寿命很短只能用2个班(24小时)，更换影响效率，大大增加了企业的生产成本。因此，本论文以合金翅片管刀片的原材料Q345b为实验对象，采用常温干滑动摩擦磨损试验的方式，研究不同QPQ处理工艺的Q345b圆钢在常温下的摩擦磨损特性，通过对材料的磨损表面、磨损断面和磨屑进行观察, 分析QPQ处理后材料的摩擦磨损特性随处理工艺变化的规律，并探究材料的磨损机理，为QPQ技术对Q345b钢的处理工艺的实际应用提供理论依据。
1.2 QPQ盐浴复合处理技术
1.2.1 概述
QPQ（Quench Polish Quench）盐浴复合处理技术是一种表面强化技术，其实质是低温盐浴渗氮加盐浴氧化或低温盐浴碳氮共渗加盐浴氧化处理。最早的液体渗氮法始于1929年，其后发展的氰盐渗氮法流行于20世纪40年代，这种全氰化物的低温液体渗氮法也被称为氰化处理，在德国和前苏联广泛用于高速钢刀具的生产[2, 27]。为了缩短生产时的时效时间，德国迪高沙公司于1954 年开发了向氰化物盐浴通空气的新渗氮法，在德国被命名为“Tenifer”即活性液体渗氮或盐浴软氮化。1959年被美国引进，称之为“Tufftride”，1961 年被日本引进。它不仅使盐浴的时效时间由几十小时缩短到几小时，还明显提高了盐浴中的氰酸根[CNO_] 的含量，从而减少了渗层的疏松。于是该技术得到了迅速发展，被发达的工业国家普遍采用[3]。通常情况下，材料硬化处理只能提高金属表面的耐磨性，防腐处理一般也只能提高材料表面的腐蚀性，但是QPQ 处理可以在大幅度提高金属表面的耐磨性和耐腐蚀性的同时，也可以使钢材的耐磨性达到常规热处理的10 倍以上，耐腐蚀性达到镀硬铬处理的20 倍以上，而且工件的畸变极小[4,28]。因此，QPQ技术被广泛应用于机械制造业、汽车等各个领域。
1.2.2 QPQ盐浴复合处理工艺
经过查阅相关文献资料， QPQ盐浴复合处理的主要工艺流程图如图1.1所示。
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