石油机械零件作QPQ处理

1、石油机械零件作QPQ处理可行性研究报告一、 QPQ处理介绍QPQ是一种新的金属表面强化改性技术。“QPQ”是英文“QuenchP0lish-Quench”的缩写。原意为淬火抛光淬火，从专业技术上来讲，这种说法不够确切，但在国际上已经习惯地沿用至今，因此被广泛采用。在国内把它称作QPQ盐浴复合处理技术，在工艺上是指它是在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件，实现了渗碳工序和氧化工序的复合；渗层组织上是氮化物和氧化物的复合；性能上是耐磨性和耐蚀性的复合；技术上是热处理技术和防腐技术的复合。二、 石油机械零件现状石油机械属于野外作业，耐蚀性和耐磨性都有较高要求。我国石油工业因设备腐蚀造成的损失十分严

2、重。石油行业的阀杆、阀座和阀心要求有较高的耐磨性和耐蚀性。采用碳钢渗碳淬火，然后镀硬铬，耐蚀性很低；采用不锈钢制造，耐蚀性好，但耐磨性不够。螺杆泵衬套，主要用于石油化工行业的输送泵，用铸铁制造，耐蚀性和防腐蚀达不到要求。石油仪表零件放大机构总成齿轮轴、轴套用T10钢进行镀硬铬，以增加表面的耐蚀性。这些零件在海洋平台上使用时容易发生镀铬层脱落的问题，同时由于镀硬铬耐蚀性不够，很容易生锈，甚至严重到仪表不能转动的程度。三、 QPQ处理特点QPQ处理由于是在金属的表面渗入了N、C、O等元素，并在金属表面形成和化合物层和扩散层，因而使金属表面的耐磨性、耐蚀性和耐疲劳性都大为提高，这是单一的热处理或单一

3、的耐蚀性技术所不能与之相比的。因为一般热处理和表面硬化技术只能提高耐磨性，不能提高耐蚀性，而绝大多数耐蚀技术都不具备高的耐磨性，而QPQ处理则是两者兼而有之。1. 耐磨性QPQ处理后在金属表面形成的化合物层为Fe2.3N（Fe3N），是一种氮的质量分数为6%以上的化合物，它与普通的热处理形成的碳的过饱和的固溶体（淬火马氏体）有本质的区别，因此两者不能以硬度的高低来比较耐磨性。2. 耐蚀性QPQ处理的化合物层经过氧化后，有大量的O渗入到化合物层中间，使化合物层钝化、耐蚀性得到了极大的提高，它的耐蚀性比普通渗氮或软氮化的化合物层的耐蚀性要高很多倍。因此QPQ处理的耐蚀性是普通渗氮或软氮化不能与之相

4、比的。3. 耐疲劳性QPQ处理后形成的扩散层，还会提高金属表面的耐疲劳性能。4. 强度QPQ处理只是改变金属表面的性能，对工件的整体强度影响不是很大，因此除尺寸较小的工件以外，尺寸较大的工件不能依靠QPQ处理来提高其整体强度。5. 工件尺寸形状和表面粗糙度QPQ处理后的工件尺寸和形状变化不大，因此它是一种产生变形极小的硬化技术，而且这种极小的变化量还可以通过预留机械加工余量来控制盒消除。因此，QPQ技术常常用来解决一些硬化技术无法解决的硬化变形问题。QPQ处理后工件的表面粗糙度值变化不大，必要时还可以采用抛光的方法来改善工件表面粗糙度值。四、 QPQ处理与其它处理比较1. 耐磨性比较QPQ处理

5、可以减小摩擦因数，图一所示为同样表明粗糙度的样品作不同处理后摩擦因数的比较。经盐浴氮化及类似盐浴工艺处理后，摩擦因数均比镀铬和表面硬化小。QPQ在润滑条件下可以减小摩擦因数，特别是在有润滑的情况下，采用QPQ处理的样品的摩擦因数已经变得很小。由于摩擦因数的减小，摩擦热的产生也会大大减少，因此也就减少了产生胶合磨损的可能性。表1 QPQ处理工艺对摩擦因数的影响采用滚动磨损与滑动磨损两种最常见的并且具有代表性的磨损试验方法进行较全面的试验，试验结果为这项技术替代一些原有的工艺方法提供了理论依据。(1).滚动磨损试验对QPQ处理的45钢试样与45钢淬火、高频感应淬火、镀硬铬及20渗碳淬火试样比较试验

6、。磨损试验采用压力为1960N，转速为200r/min，试验时间为5h，试样尺寸50mmX10mm，试验结果见表2.表2 滚动磨损试验磨损值比较在本试验的条件下，45钢（原材料）经过QPQ处理后，滚动磨损试验的耐磨性是20钢渗碳淬火的9.6倍，是45钢高频淬火的16.2倍，是45钢常规淬火的16.3倍。45钢经QPQ处理后的高耐磨性主要是依靠其表面形成的Fe23N化合物层。这种化合物层的耐磨性要比普通的含碳淬火马氏体高得多。表中镀硬铬的磨损值是反常的，特别大。这是由于镀硬铬层的结合力不够强，在滚动磨损时由于压力较大，致使镀硬铬层剥落，失重量增加，这并非真正磨损值。因为通常镀硬铬层的耐磨性应远远

7、高于普通淬火件。(2)滑动磨损试验对QPQ处理的40Cr钢样品与40Cr钢镀硬铬、离子渗碳、高频感应淬火、常规淬火及20钢渗碳淬火样品进行耐磨性比较试验。试验条件经预先试验反复筛选以后确定，转速为200r/min，压力为19.6N，试验时间为2h。试验结果见表3，为5个试样的平均值，试验数据的分散度极小，各组数据之间完全没有交叉，说明数据稳定可信。表3 滑动磨损试验磨损值比较以上两种试验都是在一定的试验条件下，在确定的磨损试验内测定磨损量的大小来进行比较的，没有采用作磨损曲线的办法，因此也没有达到急剧磨损的阶段。这是由于考虑到采用QPQ处理的工件，一般都是在保持化合物层的条件下使用的，即不使化

8、合物层磨穿，基体不产生明显磨损，所以这种方法有实际应用意义。综上所述，QPQ处理是提高金属表面耐磨性能的有效手段。2. 耐蚀性比较耐蚀性高是QPQ技术的另一大特点。它的耐蚀性远远高于镀铬、镀镍等表面防护技术水平，甚至比某些不锈钢的耐蚀性还要高。这种高的耐蚀性主要依靠在金属表面的Fe23N化合物层和致密的Fe3O4氧化膜，使得金属件在大气、盐雾、弱酸、浓碱等条件下都具有很高的耐蚀性。采用可以用于现场快速检查用的CuSO4溶液侵蚀法，与一般工件服役条件几乎完全一致的避雨露天放置法和快速敏捷的盐雾试验法，对QPQ技术的耐蚀性和镀硬铬等技术进行了比较，同时还和1Cr13、1Cr18Ni9Ti不锈钢的耐

9、蚀性进行了比较。(1). CuSO4溶液试验采用质量分数为10%CuSO4水溶液浸泡工件或滴在试件的表面上，以试件表面上开始有红色的铜析出的时间为耐蚀时间。这是一种既简单又容易掌握的方法，特别适合于在生产现场对产品的耐蚀性做快速检验。表4 耐CuSO4溶液腐蚀比较对几种工艺方法的CuSO4耐蚀性试验结果见表4。由表可见，发黑处理件仅0.02h（1.2min）就开始在工件表面析出铜，镀硬铬件在1h析出铜，镀装饰铬件25h开始析出铜，而QPQ处理件出铜的时间长达140h。由此可见QPQ处理件的耐蚀性远高于发黑件和镀铬件。(2).露天放置试验考虑到绝大多数零件是在大气中使用的，因此在空气中进行长时间

10、放置试验更接近于零件的服役条件。为此，采用了室外露天避雨放置，即在室外遮雨棚内存放，每组为3个试样，以试样开始生锈的时间作为耐蚀时间，每组3个试样几乎同时开始生锈，试验结果见表5。表5 露天放置耐蚀性比较由于试验地区处于广东深圳，雨天较多，气候比较潮湿，所以室外放置的试验条件比较苛刻。在这样的试验条件下，发黑、镀硬铬、镀装饰铬件分别在5d、23d和55d开始生锈。1Cr13不锈钢和1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的生锈时间分别为14d和80d。然而QPQ处理件在同一处存放，在将近一年（364d）时间才开始生锈。由上述试验可知，QPQ处理后，45钢在大气中的耐蚀性可以达到镀硬铬的16倍，1Cr1

11、3不锈钢的26倍，1Cr18Ni9Ti不锈钢的4.5倍。(3).盐雾试验为了进一步证实QPQ技术在耐蚀方面的优越性，我们进行标准的盐雾试验。试验条件质量分数为5%NaCl水溶液喷雾，相对湿度大于95%，试验温度为（35±2），试验连续进行24h不关机，直到所有试样都开始生锈为止。每组样品为3个，实验过程中每组的3个试样同时生锈。表6 盐雾试验耐蚀性比较盐雾试验的结果见表6,45钢发黑件0.5h就开始生锈，镀硬铬件2h开始生锈，镀装饰铬件4h开始生锈，1Cr13不锈钢件3.5h开始生锈，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢件28h开始生锈，而QPQ处理的45钢样品直到140h才开始轻微生锈。由上述试验可知，经QPQ处理的45钢抗盐雾腐蚀能力为1Cr18Ni9Ti不锈钢的5倍、镀装饰铬的35倍、1Cr13不锈钢的40倍、镀硬铬的70倍、发黑的280倍。综合上述各项试验结果，在上述试验条件下，QPQ处理的45钢的耐蚀性比发黑高几十倍到几百倍，比镀铬、镀硬铬高十几倍到几十倍，比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢高4-5倍。五、 QPQ处理在石油机械零件的应用石油行业的阀杆、阀座和阀心采用碳钢制造，进行QPQ技术表面强化，产品的耐磨性和耐蚀性都达到了国外同类产品的水平，已经大量出口国外。螺杆泵衬套改用QPQ技术进行表面强化后零件的表