用感應淬火取代滲碳滲氮是節能環保的重要進步

用感應淬火取代滲碳滲氮是節能環保的重要進步

楊帆，上海恒精機電設備有限公司工藝主管

感應淬火技術自發明以來，由于其生產過程節能環保、生產成本較低等優點，深受到熱處理工程師的青睞。不斷地用其取代傳統的熱處理工藝，例如調質、滲碳、滲氮等。在取代以滲碳為代表的化學熱處理方面尤其效益明顯。之所以如此，因滲碳等化學熱處理工藝均為表面強化技術，工藝成本昂貴。感應淬火感應也是表面強化技術，而工藝成本低廉。現代感應熱處理工程師的重要任務，仍然是做“取代”工作。表1是高（中）頻感應淬火與滲碳等化學熱處理工藝的能耗比較。

大（中）模數齒輪、汽車轉向球頭銷等零件傳統熱處理工藝是滲碳，現在已經被高（中）頻感應淬火取代了。各種柴油機的曲軸、傳統熱處理工藝是調質后再氮化，現在大多數曲軸采用中頻感應淬火了。汽車玻璃升降器齒板以及座椅齒板傳統工藝是碳氮共滲（氰化），現在已被高頻感應淬火取代了。所有這些“取代”都取得了良好的經濟效益和社會效益。

用感應淬火取代滲碳

大（中）模數的齒輪歷來的熱處理工藝是滲碳。滲碳的工藝時間長，生產效率低，費用昂貴，生產環境惡劣，故滲碳是熱處理工程師極想改進、取代的工藝。

恒精公司開發了大（中）模數的齒輪感應淬火技術。圖1是大型風電軸承圈齒輪（M20）的淬火層分布照片，該齒輪的材料為42CrMo，齒底淬火層2.5~3.5mm，齒面淬火層3.5~4.5mm，齒面硬度56~60HRC，完好地取代了滲碳。圖2是中型模數齒輪（M6），材料40Cr，毛坯調質，齒部高頻感應淬火，淬火一只齒輪只用幾分鐘的時間，加工成本低廉，性能滿足要求。

載重汽車的轉向拉桿球頭銷和上下臂控制球頭銷，其傳統材料是20CrMnTi，熱處理工藝是滲碳淬火，僅球部局布淬硬，使其具有很高的耐磨性。而頸部要有良好的塑性和韌性，以增加球頭銷的安全性；M22螺紋在滲碳淬火后具有良好的可加工性。故頸部和螺紋部分不能滲碳，要進行鍍銅保護，或涂防滲碳劑處理，致使工藝十分復雜，先后有8道工序，生產成本很高，感應淬火可以局部淬火。本文另一作者林信智在20世紀60年代末期開始了45鋼球頭銷感應淬火工藝及零件性能研究，并獲得良好力學性能（見表2），球頭銷感應淬火工藝方法在70年代正式用于生產。這一工藝進步成了國內行業的典范。目前國內生產的各種球頭銷幾乎全部采用感應淬火工藝，僅恒精公司開發的感應淬火球頭銷在十種以上。

球頭銷用感應淬火替代滲碳淬火，具有巨大的經濟效益，按當時價格計算，解放牌中型載重車的球頭銷，僅材料成本和工藝成本，每輛車下降6.0元左右。

恒精公司開發了球頭銷感應淬火技術，圖3為球頭銷淬火層照片。

載重汽車轉向螺桿，目前國內基本采用20CrMnTi材料，滲碳淬火。近期恒精公司開發成功全自動化的轉向螺桿感應淬火技術，并向某外企供貨。圖4為轉向螺桿感應淬火層的分布照片。

圖1 M20齒輪的淬火層分布

圖2 M6齒輪的淬火層

圖3> 球頭銷感應淬火層照片

圖4 轉向螺桿感應淬火層分布

表1 高、中頻淬火與傳統熱處理工藝能耗比較

用感應淬火取代氮化

表2 球頭銷中頻淬火和滲碳淬火的多次沖擊性能比較

曲軸材料一般是用中碳合金鋼或中碳鋼，原始的熱處理工藝是調質，后因軸頸耐磨性差，疲勞強度低，因而又增加了氮化。但調質加氮化處理的曲軸使用壽命仍然較短、氮化時間很長、生產效率很低等，對于這些缺點人們很不滿意。20世紀中期發明感應淬火后，感應淬火首先對曲軸軸頸淬火，使曲軸熱處理工藝大為簡化，耐磨性有所提高。后來又發明了曲軸軸頸及圓角同時感應淬火技術，使曲軸的疲勞強度達到空前的水平，曲軸壽命明顯提高（見圖5）。當然，由于氮化溫度較低，也具有曲軸變形小等優點，所以曲軸調質加氮化的工藝現在仍有應用。軸頸及圓角同時感應淬火的曲軸變形較大，一般中間跳動1mm左右，采用合適方法回火，這種變形也是可以消除的。

恒精公司開發成功各種曲軸圓角感應淬火技術。圖6是大型載重汽車柴油機曲軸圓角淬火的照片。圖7是小型通用柴油機曲軸圓角淬火的照片。

結語

用感應淬火取代滲碳等化學熱處理工藝，是節能環保的重要進步，也是感應熱處理工程師的重要課題。開發先進的感應淬火工藝是“取代”成功的保證。

圖5 三種曲軸熱處理工藝對疲勞強度的影響

圖6 大型載重汽車柴油機曲軸連桿軸頸圓角淬火照片

圖7> 小型通用柴油機曲軸圓角淬火的照片