Le processus technologique du traitement QPQ est le suivant : Dégraissage et nettoyage → préchauffage → nitruration en bain de sel → oxydation en bain de sel → dessalage et nettoyage → séchage (polissage → oxydation en bain de sel → dessalage et nettoyage → séchage) → immersion dans l'huile. La technologie QPQ (Quench-Polish-Quench) est une combinaison des procédés de nitruration et d'oxydation. Il s'agit d'une [...]
Le processus technologique du traitement QPQ est le suivant :
Dégraissage et nettoyage → préchauffage → nitruration en bain de sel → oxydation en bain de sel → dessalage et nettoyage → séchage (polissage → oxydation en bain de sel → dessalage et nettoyage → séchage) → immersion dans l'huile.
La technologie QPQ (Quench-Polish-Quench) est une combinaison des processus de nitruration et d'oxydation. Il s'agit d'un traitement en bain de sel qui améliore la résistance à l'usure et à la corrosion de la surface du substrat en combinant l'azote et l'oxydation.
Cette technologie est souvent utilisée comme alternative à la cémentation et à la trempe, à la nitruration ionique et au traitement de surface. chromage. Il améliore la résistance à l'usure et à la corrosion des produits tout en réduisant le risque de déformation par trempe.
La technologie QPQ a un large éventail d'applications dans des domaines tels que les machines d'ingénierie, l'instrumentation et l'industrie chimique légère. Dans cette étude, la résistance à l'usure et à la corrosion de l'acier inoxydable a été évaluée. Acier 40Cr ont été évalués après avoir subi un traitement QPQ et comparés à ceux de la nitruration au plasma incandescent, de l'oxydation et de la galvanoplastie au chrome.
Le matériel d'essai utilisé dans cette étude est le suivant Acier 40Cr d'une dureté d'environ 274 HV après avoir subi une trempe et un revenu. Les échantillons métallographiques ont été préparés par découpe au fil et avaient des dimensions de φ30mm × 10mm pour les tests d'usure et de φ10mm × 100mm pour les tests de résistance à la corrosion. Les échantillons ont reçu des numéros distincts, comme indiqué dans le tableau 1.
Avant de subir le traitement thermique, la surface des échantillons a été meulée pour obtenir une valeur de rugosité de 1,6μm et nettoyée avec de l'acétone anhydre, rincée à l'eau claire et séchée. Les paramètres de traitement pour chaque traitement thermique sont indiqués dans le tableau 2.
Après le traitement QPQ et l'oxydation, la surface des échantillons est apparue noire, tandis qu'après le chromage, elle était argentée et brillante. nitruration Il était gris argenté.
Tableau 1 : Nombre d'échantillons soumis à différents traitements thermiques
| Catégorie d'échantillon | Traitement QPQ | Oxydation | Chromage | Nitruration ionique |
| Échantillon métallographique | al | – | – | dl |
| Échantillon d'essai d'usure | a2 | b2 | c2 | d2 |
| Échantillon de résistance à la corrosion | a3 | b3 | c3 | d3 |
Tableau 2 Paramètres du traitement thermique de l'acier 40Cr
| Échantillon | Exécution des travaux | Paramètres du processus de traitement thermique |
| al,a2，a3 | Traitement QPQ | Préchauffage (360 ℃ × 30min)+nitruration (630 ℃ × 120min)+oxydation (380 ℃ × 30min） |
| b2，b3 | oxydation | Solution en cuve (NaOH : NaNO2=2:1), oxydation (140C × 20min）), oxydation (140C × 20min）). |
| c2，c3 | Chromage | Solution de bain (CrO3: 250g/L+H2SO4: 3g/L), chromage (55C × 50A/dm2） |
| d1，d2，d3 | Nitruration ionique | Nitruration au plasma incandescent (520 ℃ × 20h）) |
Poncer les échantillons métallographiques (a1, d1) qui ont subi divers traitements thermiques avec du papier de verre fin jusqu'à ce qu'ils soient brillants. Cette opération sert à l'inspection métallographique et à la mesure de la dureté.
Après l'incrustation métallographique, mesurer le gradient de dureté de la surface de la couche infiltrée à la matrice.
Le testeur de microdureté utilisé pour l'essai a une force d'essai de 0,098 N (10 gf) et un temps de maintien de 10 secondes.
Corrodez l'échantillon métallographique préparé avec une solution d'acide nitrique et d'alcool 4%. Après séchage de l'échantillon, observez sa structure à l'aide d'un microscope métallographique 4XB.
Le testeur d'usure de blocs annulaires M-2000A est utilisé pour effectuer des essais d'usure par glissement sur des échantillons d'usure (a2, b2, c2, d2) qui ont subi divers traitements thermiques.
La paire de frottement est un anneau d'essai en acier GCr15 d'une dureté de 57 HRC. L'anneau a un diamètre extérieur de 40 mm, une vitesse de rotation de 200 r/min, une charge de 100 N et une durée d'usure totale de 30 minutes.
Pour préparer l'échantillon usé, nettoyer à plusieurs reprises l'avant et l'arrière de l'échantillon avec de l'acétone, puis le sécher. Mesurez la perte de poids de l'échantillon à l'aide d'une balance analytique électro-optique d'une précision de 0,1 mg.
Version révisée :
Effectuer un essai neutre au brouillard salin sur des échantillons (a3, b3, c3, d3) ayant subi différents traitements thermiques à l'aide du testeur de brouillard salin KD60, conformément à la norme GB/T10125.
Le milieu de corrosion utilisé pour le test est une solution saline avec 5% NaCl et un pH de 6,7.
La température à l'intérieur de la chambre d'essai est fixée à 35°C, la pression de la buse est de 83 kPa et la période d'observation est de 24 heures.
La durée de pulvérisation intermittente est de 8 heures et la durée d'arrêt est de 16 heures.
Le tableau 3 montre la distribution de la dureté de l'acier 40Cr après différents processus.
Comme le montre le tableau 3, après avoir subi une QPQ, une nitruration ionique et un placage au chrome, la dureté de la surface atteint respectivement 711 HV, 525 HV et 703 HV. Le gradient de dureté diminue progressivement de la surface vers le substrat.
Il n'est pas possible de mesurer la dureté de l'échantillon après le traitement d'oxydation car le film d'oxydation est très fin. Il n'y a pas de film d'oxyde sur la surface de l'échantillon après qu'il a été poli avec du papier de verre fin.
Tableau 3 Résultats des essais de microdureté
| Distance par rapport à la surface/à l'um | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| Dureté superficielle de la nitruration ionique HV | 525 | 462 | 375 | 310 | 274 | 274 |
| QPQ Dureté de la surface HV | 711 | 303 | 300 | 274 | 273 | 270 |
| Dureté de la surface chromée HV | 703 | 274 | 274 | 273 | 274 | 273 |
| Dureté de la surface d'oxydation HV | – | 274 | 274 | 274 | 273 | 274 |
Les figures 1a et 1b montrent les photos métallographiques de l'acier 40Cr après nitruration ionique et traitement QPQ, respectivement.
Il n'est pas nécessaire d'examiner la métallographie de l'échantillon après chromage et oxydation. La structure du revêtement de l'échantillon après chromage est du chrome pur, et la surface après oxydation est un Fe noir très fin.3O4 film d'oxyde.
Fig. 1 Structure métallographique de 40Cr traité par différents procédés
Comme le montre la figure 1, la couche de nitruration des traitements QPQ et de nitruration ionique est composée d'une couche de composé et d'une couche de diffusion, la bande blanche de la figure représentant la couche de composé.
Dans le cas du traitement QPQ, la quantité de couche d'oxyde à la surface est trop importante pour être observée au microscope métallographique.
Bien que la durée du traitement par nitruration ionique soit sept fois plus longue que celle du traitement QPQ, l'épaisseur de la couche composée formée est environ la moitié de celle de la couche composée du traitement QPQ.
En ce qui concerne l'homogénéité de la couche composée, la figure 1 montre que la structure de la couche nitrurée après traitement QPQ est plus uniforme, tandis que la structure de l'échantillon après nitruration ionique est moins uniforme.
Le tableau 4 compare les valeurs d'usure des échantillons traités par différents procédés dans les conditions d'essai d'usure décrites.
Comme le montre le tableau 4, la valeur d'usure de l'échantillon traité par QPQ au cours du test de 30 minutes est d'au moins 1,9 mg.
La résistance à l'usure de l'échantillon traité au QPQ est 1,45 fois supérieure à celle de l'échantillon chromé, 4,32 fois supérieure à celle de l'échantillon nitruré aux ions et 7,9 fois supérieure à celle de l'échantillon oxydé.
Il est clair que la résistance à l'usure des échantillons traités par QPQ s'est considérablement améliorée.
Tableau 4 Comparaison des valeurs d'usure de l'essai d'usure par glissement
| Numéro de série | Méthode de traitement | Dureté HV | Valeur d'usure/mg | Rapport d'usure relative |
| 1 | Traitement QPQ | 711 | 1.9 | 1 |
| 2 | Chromage | 703 | 2.75 | 1.45 |
| 3 | Nitruration ionique | 525 | 8.2 | 4.32 |
| 4 | Oxydation | – | 15 | 7.9 |
Le tableau 5 présente les résultats de l'essai au brouillard salin neutre sur des échantillons traités par différents procédés dans les conditions d'essai de résistance à la corrosion décrites.
Comme le montre le tableau 5, la résistance à la corrosion par brouillard salin de l'échantillon d'acier 40Cr traité par QPQ est 3,2 fois supérieure à celle de l'échantillon chromé, 8 fois supérieure à celle de l'échantillon nitruré par ionisation et 32 fois supérieure à celle de l'échantillon oxydé.
Cela démontre que la résistance à la corrosion des pièces d'acier après le traitement QPQ s'est considérablement améliorée.
Tableau 5 Comparaison de la résistance à la corrosion lors de l'essai au brouillard salin neutre
| Numéro de série | méthode de traitement | Heure de début de la rouille/h | Comparaison de la résistance relative à la corrosion |
| 1 | Traitement QPQ | 256 | 1 |
| 2 | Chromage | 80 | 0.31 |
| 3 | Nitruration ionique | 32 | 0.13 |
| 4 | Oxydation | 8 | 0.03 |
Au cours du processus de traitement QPQ, la surface de l'acier 40Cr forme une forte concentration de couche de nitrure Fe2~3N et un film d'oxyde Fe3O4 dense. Ce type de couche composée présente une dureté et une résistance à l'usure élevées, mais la force de liaison de la couche de chromage n'est pas suffisante.
Lors du test d'usure par glissement, la couche de chromage a tendance à s'écailler, ce qui se traduit par une résistance à l'usure inférieure à celle obtenue avec le traitement QPQ. Cependant, la résistance à l'usure du placage de chrome est meilleure que la structure de l'alliage à faible teneur en azote sur la surface après nitruration ionique.
La surface après oxydation ne présente qu'un mince film d'oxyde Fe3O4, qui a une faible dureté et n'offre que des propriétés anticorrosion.
La résistance élevée à la corrosion de l'échantillon après le traitement QPQ est principalement due à la couche composée de Fe2~3N très résistante à la corrosion et au film d'oxyde dense à la surface. L'oxygène peut pénétrer dans la couche de composé plus profonde, la passivant davantage et offrant une plus grande résistance à la corrosion à la surface.
(1) Le traitement QPQ de l'acier 40Cr entraîne la formation d'une forte concentration de nitrure Fe2 ～ 3N et d'une couche dense de Fe3O4 sur sa surface, ce qui améliore considérablement la microdureté de la surface, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion.
(2) La résistance à l'usure et à la corrosion de la surface de l'acier 40Cr diminue dans l'ordre suivant : QPQ, chromage, nitruration ionique et traitement par oxydation.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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