熱加工強化技術在汽車修理中的應用

吳振軍

(牡丹江農墾交通運輸局)

1 化學熱處理表面強化

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成分，并形成單相或多相的擴散層，經過淬火提高表層硬度和耐磨性，達到表面強化目的。

汽車發動機活塞肖可謂此類方法的典型零件，發動機工作時，活塞肖承受著活塞上全部負荷，在力學性能上承擔彎曲、疲勞、沖擊，其直徑精度要求3m以內，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。應該說活塞肖零件雖小，卻性能要求很高?；钊げ牧嫌娩?。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，經過滲碳、淬火、回火、噴丸、磨光、拋光完成。

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

現代發動機中還有一種汽缸套壁很薄，一般鑄鐵是不能承擔的，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。常用的共滲介質有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，在軟氮化溫度下發生熱分解反應，產生活性炭、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，機械加工恢復尺寸，再進行化學熱處理進行強化。

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為＞0.6％。如萬向節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中，毒性大，必須做好排風通氣工作。對汽車零件來說，主要是高、中頻感應加熱的表面淬火，尤其高頻淬火應用廣泛，例如鍛鋼材質的曲軸軸頸表面，凸輪軸凸輪表面，轉向節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，達到冶金結合或接近冶金結合的結合強度，強化的工作表面成分和性能根據零件技術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構。

隨著技術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。堆焊與焊接的區別在于堆焊對焊層的熔透深度無特殊要求，在保證合金結合的條件下，滿足焊層金屬的化學成分和應有的機械性能。在汽車零件中采用堆焊強化的常有:發動機凸輪軸的進、排氣凸輪頂尖部位的強化和磨損修復。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工作。

振動焊的主要設備是振動焊機頭，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、振動機構、噴水冷卻機構、振動機構有凸輪和彈簧組成，也有電磁機構。堆焊過程中焊絲始終處于振動狀態間歇地觸接工件的表面上產生電弧并熔化金屬，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.滾壓技術在氣缸套加工中的應用[J].內燃機配件，1995，(2):25.

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

[3] 李金桂.防腐蝕表面工程技術[M].北京:化學工業出版社，2003.