QPQ 盐浴氮化工艺规程

陈永亮

（江苏金石机械集团有限公司，江苏 淮安 211600）

一、范围

QPQ 工艺适用于碳钢、合金钢和不锈钢零件的表面处理。

QPQ 工艺不适用于铁含量小于15%的镍基合金和回火或时效温度低于（1100 ℉）593℃的铁基零件。

二、定义

QPQ-它是Quench-Polish-Quench的缩写形式。是指在规定的工作温度下，在熔盐中由硫催化将氮、碳等元素渗入工件表层，并在金属表面形成氮化层的表面硬化法，赋予工件良好耐磨、减摩、抗咬合和抗疲劳性能的化学热处理。

硬化层深度：是指表面以下至最低硬度为50HRC 或520HV 处的最大深度。

三、工艺

（一）基本工艺过程

QPQ 盐浴复合处理主要工序有：

清洗：这是QPQ的前处理，非常重要；预热：350～400℃，时间取决于装炉量，20～60min；渗氮：510～580℃，15～180min；氧化：350～400℃，10～20min；抛光：常用机械式振动抛光或手工抛光。

工艺过程为：装卡→清洗去油→预热→渗氮→氧化→抛光→氧化→清洗→干燥→浸油。

（二）各工序的基本作用

清洗：这是QPQ的前处理工序，对工件的外观和渗层质量至关重要。工件上的油和锈会影响氮原子的渗入，也污染盐浴。对外观要求高的，要吹净工件上的水迹。清洗剂也很有讲究；预热：预热的主要作用是烘干工件表面的水分，使冷工件升温后再入渗氮炉，以防工件带水入炉引起盐浴溅射和防止冷工件入炉后盐浴温度下降太多。同时预热对减少工件变形和获得色泽均匀的外观也有一定作用。预热工序通常在空气炉中进行，工件表面的预氧化有利于氮原子的吸附。但要防止过氧化。预热后工件表面的颜色以亮蓝色为佳。不锈钢则为稻草黄色；渗氮：渗氮是QPQ 盐浴复合处理技术的核心工序。渗氮盐中氰酸根分解而产生的活性氮原子渗入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层；氧化：氧化工序的作用一是彻底分解工件从渗氮炉带出来的氰根（CN-）,消除公害。二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨性也有一定好处；抛光：旨在去除氧化物层外层的疏松层。经第二次氧化后可进一步提高工件的抗腐蚀性和耐磨性，美化外观。

四、质量控制

QPQ 处理工件的质量取决于渗层是否达到技术要求，包括硬度、深度、抗腐蚀性和外观质量。工艺关键是各种参数的确定，主要是渗氮温度、渗氮时间、渗氮盐浴中的氰酸根（CNO-）和氰根（CN-）含量、材料的预先热处理等因素。

（一）渗氮温度的控制

渗氮温度主要根据材料的种类来决定，其次要考虑工件的强度要求。渗氮温度太低，不能形成足够深度的渗层；温度太高，疏松层严重。渗氮温度超过回火温度将会降低基体的硬度。一般工模具可选用510～520℃；高速钢刀具可选用540～550℃；高速钢模具或耐磨零件可选用570℃；结构钢、不锈耐热钢或铸铁件可选用570℃。

（二）渗氮时间的控制

渗氮时间的长短主要取决于工件的种类及服役条件。时间太短，不能形成足够深度的渗层，时间长则疏松严重。根据工件的服役条件，采用的渗氮时间分别为：

a.要求耐磨性的零件，采用120～180min；b.主要用于防腐性零件，采用120～180min；c.薄板冲压件，增加弹性零件，采取40～60min；d.高速钢刃具取15～30min.对于17-4PH、4Cr17NiMol 等不锈钢制、要求硬化层较厚的工件，渗氮时间可能会延长到4～6h.

（三）渗氮盐浴的CNO-和CN-量的控制

QPQ 处理，渗氮盐浴的CNO-不得低于30%，最高不要超过40%。盐浴成分一般控制CNO-=31%～36%，CN-≤1%。每工作8 小时加再生盐一次，加入量按公式：Z=K.△%.W(Kg)。其中 [Z：加入量；K：系数，一般为1.2.根据使用经验可调整；△：CNO-：预期值（如36%）与实际值的差；W：盐浴重量(Kg)]；再生盐应缓慢分批加入，一次性加入量过多会因反应剧烈而溢盐；盐浴中的CN-量过高时应及时降到工艺规定范围。

五、不同材料的预先热处理

低碳钢、低碳合金钢一般经过正火处理，中碳钢、中碳合金钢要调质处理。渗氮前，调质处理件的组织级别按回火索氏体中游离铁素体数量分为5 级，一般零件1～3 级合格，重要零件1～2 级合格.对于变形量要求高的工件，在精磨前要进行550～600℃回火以消除机械加工应力。

六、外观质量控制

1.经QPQ 后的工件表面应呈均匀黑色或灰黑色，经氧化后的工件表面应呈均匀黑色或棕黑色，表面应无条纹、花斑、锈迹、裂纹以及其他缺陷。2.检验方法：a.在500LX的照度下，距灯300mm 肉眼观察，表面颜色应比较均匀一致，不得有明显的花斑、锈迹、发红；b.不要在室外强烈阳光下检查工件外观；c.对于粗糙度有要求的则用粗糙度仪检验。3.生产中发现，工艺控制不好时，工件易产生发花、发红现象，影响工件美观。为提高工件的外表质量，使其达到颜色一致，需采取下列措施：要定期捞渣，渗氮盐浴中悬浮细粒状渣过多，使盐浴变成黑灰色时，应及时采用滤渣器滤渣，必要时要更换新盐；应去除工件表面的油渍和沉积物，有锈的工件要经过酸洗或喷砂去除锈渍。实践证明，前处理的好坏影响极大；工件表面出现轻微的发红现象，可采用擦拭的办法去除；较为严重的要进行返工处理。

七、最终质量控制

用相同材料，经相同预先热处理的试样，与工件一起在QPQ 处理后按ISO 6507-1 金属维氏硬度试验规程 检验显微硬度，达到工艺规定的要求对于小件可以实物取样。

用相同材料，经相同预先热处理的试样，与工件一起在QPQ 处理后从试样表面测至比基体维氏硬度高50HV 处的垂直距离为渗氮层深度（在距离表面3 倍渗氮层深处测得的硬度值，至少取3 点作平均，作为实测的基体硬度值）。对于渗层硬度变化平缓的钢件，如碳钢或低碳低合金钢件，其渗氮层深度可从试样表面沿垂直方向测至比基体金属硬度值高30HV 处，试验力规定为HV0.3。

常用材料QPQ 盐浴氮化后表面硬度、渗层深度