熱加工強化技術(shù)在汽車修理中的應(yīng)用

吳振軍

(牡丹江農(nóng)墾交通運輸局)

1 化學(xué)熱處理表面強化

通過滲碳、滲硼、氮化、碳氮共滲等工藝手段，對零件表層改變化學(xué)成分，并形成單相或多相的擴散層，經(jīng)過淬火提高表層硬度和耐磨性，達到表面強化目的。

汽車發(fā)動機活塞肖可謂此類方法的典型零件，發(fā)動機工作時，活塞肖承受著活塞上全部負荷，在力學(xué)性能上承擔(dān)彎曲、疲勞、沖擊，其直徑精度要求3m以內(nèi)，從而耐磨性要求很高，因此活塞肖表面要求HRC60-HRC62、芯部要求HRC26-HRC34，希望既有耐磨性，韌性好、強度高。應(yīng)該說活塞肖零件雖小，卻性能要求很高。活塞肖材料用鋼。過去多用20號鋼，以后均改用20Cr、或ASTM5120、4718、6118、并以冷擠壓工藝成型，經(jīng)過滲碳、淬火、回火、噴丸、磨光、拋光完成。

汽車變速器齒輪、轉(zhuǎn)向拉桿的球頭肖、鋼板彈簧肖等重要零件均采用滲碳淬火處理，特別轉(zhuǎn)向球頭肖屬于安全件，處理更應(yīng)慎重，滲碳前應(yīng)先鍍銅再滲碳，以防頸部淬透易斷造成事故。

現(xiàn)代發(fā)動機中還有一種汽缸套壁很薄，一般鑄鐵是不能承擔(dān)的，而是鋼缸套并用氮化工藝處理，氮化層深度為0.1～0.6mm、硬度要求Hv1000以上(相當于HRC68以上)。氮化工藝有硬氮化、軟氮化。硬氮化又稱抗磨氮化，其目的可獲得高硬度、高耐性、高疲勞權(quán)限。但硬氮化用鋼較嚴，一般是38CrMoAI鋼、軟氮化的用鋼范圍寬，表層硬度相當HRC52-HRC62。硬化層薄(鐵氮化合物層0.01～0.02mm)。

軟氮化方法有氣體軟氮化和液體軟氮化，氣體軟氮化是在含有活性的碳，氮原子的氣氛中進行低溫碳，氮共滲。常用的共滲介質(zhì)有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，在軟氮化溫度下發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生活性炭、氮原子，液體軟氮化主要是氰化鹽浴爐中進行。

汽車零件修理中有萬向節(jié)的十字軸頸、花鍵軸的花鍵槽、變速器的換檔移動軌、中間軸、倒檔齒輪軸等維修配件。其工藝主要是堆焊，機械加工恢復(fù)尺寸，再進行化學(xué)熱處理進行強化。

2 表面淬火強化

表面淬火強化是不改變零件表層的化學(xué)成分。通過表層相變獲得強化的方法。常用的工藝有火焰淬火、高溫快速淬火、高頻和中頻感應(yīng)加熱淬火等。

火焰淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火方法。常用的火焰:乙炔——氧火焰最高溫度3200℃、煤氣——氧火焰最高溫度約2000℃。高溫火焰將工件表面快速加熱到淬火溫度，隨即噴水或投入冷卻水中快速冷卻，即可獲得所需的表層硬度。

火焰淬火的零件表層堆焊時選用焊條含碳量應(yīng)為＞0.6％。如萬向節(jié)的十字軸頸的堆焊焊條選用廢氣門彈簧即較為理想。

高溫快速淬火也是較為簡單方法:即以鉛溶液爐為主要設(shè)備，將鉛溶液加熱至900℃以上，工件迅速投入高溫溶液中，工件表面迅速達到淬火溫度，即時投入冷卻水中淬火。再進行回火即完成。但要注意的是鉛在高溫蒸發(fā)中，毒性大，必須做好排風(fēng)通氣工作。對汽車零件來說，主要是高、中頻感應(yīng)加熱的表面淬火，尤其高頻淬火應(yīng)用廣泛，例如鍛鋼材質(zhì)的曲軸軸頸表面，凸輪軸凸輪表面，轉(zhuǎn)向節(jié)主肖的外表面淬火等。

3 熔鑄法強化

熔鑄法即將強化的金屬、通過熔化澆鑄在零件需要的強化部位，達到冶金結(jié)合或接近冶金結(jié)合的結(jié)合強度，強化的工作表面成分和性能根據(jù)零件技術(shù)要求選擇配方和處理措施。

(1)很多輕型車的制動鼓，鼓的工作面應(yīng)是灰鑄鐵，而制動鼓的輪輻需要具有剛性的鋼板制成，這就需要將灰鑄鐵熔鑄在鋼制的輪輻上。

(2)在有色合金熔鑄方面現(xiàn)今逐漸淘汰，早期的連桿軸承、曲軸主軸承均有直接熔鑄在基體上的結(jié)構(gòu)。

隨著技術(shù)進步熔鑄法也逐漸淘汰，在修理中常以堆焊、噴焊所代替。

4 堆焊法強化

(1)手工電弧堆焊。

手工電弧堆焊是一種簡單的堆焊方法，無需專用設(shè)備，一般電焊機均可使用，直接焊機更好，場地不限，機動性好，根據(jù)零件強化層的性能要求選擇焊條即可達到目的。堆焊與焊接的區(qū)別在于堆焊對焊層的熔透深度無特殊要求，在保證合金結(jié)合的條件下，滿足焊層金屬的化學(xué)成分和應(yīng)有的機械性能。在汽車零件中采用堆焊強化的常有:發(fā)動機凸輪軸的進、排氣凸輪頂尖部位的強化和磨損修復(fù)。其焊條常選用“堆212”牌號焊條，該焊條為鉻鉬型堆焊焊條，堆焊層化學(xué)成分可獲得0.5％C、2.2％Cr、1.5％Mo。堆焊層硬度＞HRC50。凸輪的成型加工可在凸輪磨床上進行，或手砂輪機在樣板依托下進行。

(2)自動堆焊。

自動堆焊主要借助機械運動和控制，工件轉(zhuǎn)動與軸向移動均可自動進行，焊絲在焊劑保護或振動的動作下實施堆焊。其生產(chǎn)效率比手工堆焊高9～14倍，勞動強度改善，堆焊層表面均勻，工人的操作技術(shù)要求不高。

自動堆焊對電弧可分為有保護和無保護兩種，有保護堆焊有蒸汽保護，CO2氣體保護、溶劑保護等。無保護堆焊主要有振動堆焊。

(3)振動堆焊。

振動堆焊我國開發(fā)于20世紀50年代末，60年代已廣泛用于汽車修理的零件表面強化和尺寸恢復(fù)工作。

振動焊的主要設(shè)備是振動焊機頭，振動焊機頭安裝在專用機床或車床的拖板上，它包括送絲機構(gòu)、振動機構(gòu)、噴水冷卻機構(gòu)、振動機構(gòu)有凸輪和彈簧組成，也有電磁機構(gòu)。堆焊過程中焊絲始終處于振動狀態(tài)間歇地觸接工件的表面上產(chǎn)生電弧并熔化金屬，基體金屬的熔化深度較大，在熔化金屬中基體金屬與焊絲金屬幾乎各占一半，用于強化表面的焊絲一般采用70號或65Mn鋼絲，在主，付噴水口噴水速冷下，提高了表面度，減少工件變形，經(jīng)過直接磨削加工，達到需要尺寸的強化工作面，表面硬度一般為HRC45-HRC55。為了提高硬度在冷卻水中加入5％碳酸鈉以提高冷卻速度。

為了穩(wěn)定電弧，減少金屬爆裂和損耗，在電路中串接一個電感，可使電級金屬損耗從30％降到6％～8％，而堆焊層的厚度從0.6～0.7mm，增加到1.4～2.5mm、或更高些、電感值的大小影響到短路電流的增長率。電感值過小電流增長加大，飛濺明顯增大，電感值過大則短路電流增長率小，電弧的穩(wěn)定性破壞，通常電感值為0.1～0.2毫亨飛濺最小。

[1] 覃正光.滾壓技術(shù)在氣缸套加工中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機配件，1995，(2):25.

[2] 唐琦，董宏，朱棣，等.用深滾壓技術(shù)提高曲軸疲憊強度的應(yīng)用研究[J].汽車技術(shù)，2005，(8):33.

[3] 李金桂.防腐蝕表面工程技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.