近10年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每年以數(shù)百萬(wàn)輛的速度遞增，已經(jīng)成為年產(chǎn)近2000萬(wàn)輛乘用車(chē)、商用車(chē)、專(zhuān)用車(chē)的汽車(chē)制造大國(guó)，汽車(chē)行業(yè)早已成為國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)之一。
在汽車(chē)制造過(guò)程中，約70%～80%的零部件需要進(jìn)行熱處理。熱處理是汽車(chē)制造過(guò)程中一道重要工序，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、中橋及后橋等重要零部件都需要經(jīng)過(guò)熱處理，以保證整車(chē)的安全性、可靠性和使用壽命。汽車(chē)零部件的精密化、低噪聲、長(zhǎng)壽命要求，已經(jīng)成為汽車(chē)零部件加工的發(fā)展趨勢(shì)。
10年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車(chē)零件熱處理工藝與裝備水平得到很大提高，先進(jìn)的熱處理技術(shù)與裝備得到普遍推廣，真空加熱淬火、低壓真空滲碳、真空離子滲氮、高壓氣體淬火、保護(hù)氣氛熱處理、可控氣氛滲碳與碳氮共滲、激光熱處理、現(xiàn)代化感應(yīng)熱處理工藝等少無(wú)氧化熱處理，成為汽車(chē)零部件熱處理加工的主流。同時(shí)，智能化連續(xù)式滲碳自動(dòng)生產(chǎn)線、密封箱式多用爐及其自動(dòng)生產(chǎn)線、低壓真空滲碳和高壓氣體淬火設(shè)備、同步雙頻感應(yīng)熱處理設(shè)備及激光熱處理設(shè)備等得到廣泛應(yīng)用。由于這些先進(jìn)熱處理裝備采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)（包括軟件技術(shù)），對(duì)熱處理生產(chǎn)（包括程序、工藝）過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，并采用先進(jìn)的傳感器及其控制系統(tǒng)對(duì)熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制，從而大幅度提高了零件的熱處理質(zhì)量，使汽車(chē)零部件的內(nèi)在質(zhì)量接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
真空熱處理工藝和高壓氣體淬火工藝與裝備
真空熱處理具有一系列優(yōu)點(diǎn)：無(wú)氧化、無(wú)脫碳、表面質(zhì)量好，變形小，熱處理零件綜合性能優(yōu)異，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)污染，無(wú)公害，自動(dòng)化程度高，因此在我國(guó)得到迅速發(fā)展。近年來(lái)，采用新的測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使真空與可控氣氛熱處理技術(shù)不斷向程序化和自動(dòng)化發(fā)展。以真空熱處理為主導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保、精密型熱處理工藝已經(jīng)成為當(dāng)今熱處理的發(fā)展方向之一。真空熱處理工藝包括真空加熱淬火、低壓滲碳淬火、低壓離子滲碳、真空離子滲氮等。真空熱處理設(shè)備有單室、雙室、三室及油淬、氣淬、油氣兩用淬火、高壓氣淬、超高壓氣淬真空爐和低壓滲碳高壓氣淬爐、多室低壓滲碳高壓氣淬半連續(xù)生產(chǎn)線等。
零件在奧氏體化溫度加熱后施加0.5～2MPa高壓氣體淬火，可達(dá)到靜止油或高速循環(huán)油甚至水的淬火效果，其z*大優(yōu)點(diǎn)是避免油淬產(chǎn)生的煙氣污染，處理后的零件表面清潔度高，無(wú)需后序清洗和清理拋丸工序。
鋼的氣體淬火有別于液態(tài)介質(zhì)淬冷機(jī)理，可實(shí)現(xiàn)自表面向內(nèi)層的均勻冷卻，因此氣體淬火變形小，可實(shí)現(xiàn)少無(wú)磨削。高壓氣體淬火采用氮?dú)?、氫氣、氬氣及氦氣等，這些氣體排放到大氣中，沒(méi)有污染。而新的快速氣氛循環(huán)冷卻工藝是采用向冷卻室噴射高壓氣體，由計(jì)算機(jī)控制流速和流量的變化，以達(dá)到在特定時(shí)間內(nèi)的冷卻速度，從而實(shí)現(xiàn)熱處理過(guò)程中所要求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質(zhì)量。取代氮?dú)狻鍤?、氦氣等氣淬方式，采用空氣?qiáng)烈噴射，使零件在極快速度下冷卻，淬火后表面僅有極薄的氧化色膜，呈灰白色，零件色彩依然美觀，從而節(jié)約大量氮?dú)夂投栊詺怏w，使熱處理成本進(jìn)一步下降。該項(xiàng)工藝將成為高壓氣體淬火發(fā)展趨勢(shì)。
真空低壓滲碳與高壓氣淬相結(jié)合是當(dāng)今一種先進(jìn)的滲碳淬火工藝，它具有滲碳速度快、碳化物組織優(yōu)良、淬火開(kāi)裂和變形傾向小、節(jié)約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質(zhì)量好、有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
1.真空加熱淬火和高壓氣體淬火工藝與裝備
隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)用模具的制造水平也得到了極大提高，模具制造的關(guān)鍵工序——熱處理技術(shù)也由原來(lái)的較低水平發(fā)展到國(guó)際水平，如真空加熱淬火技術(shù)、感應(yīng)淬火技術(shù)和激光淬火技術(shù)等，都得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。
在汽車(chē)生產(chǎn)中，幾乎所有的模具類(lèi)型都會(huì)用到，如冷沖模、熱鍛模、冷鐓模、熱鐓模、壓鑄模和鑄塑模等。對(duì)我國(guó)汽車(chē)企業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，原來(lái)的數(shù)十年一貫制車(chē)型，現(xiàn)改為一年內(nèi)上幾個(gè)車(chē)型。一般中型載貨汽車(chē)的改型需要模具4000多套，重量達(dá)2000t。目前汽車(chē)用模具熱處理廣泛采用真空爐加熱與油淬火，或采用0.6MPa以上的真空加熱高壓氣淬爐進(jìn)行熱處理，以取代鹽浴爐，避免排放污染。同其他熱處理工藝相比，不僅模具熱處理變形小，沒(méi)有氧化脫碳，而且可以提高使用壽命1～3倍。
2.真空滲碳和高壓氣體淬火工藝與裝備
汽車(chē)零件的滲碳熱處理主要采用氣體滲碳工藝和真空滲碳工藝。氣體滲碳工藝由于其處理質(zhì)量?jī)?yōu)異，成本較低，是目前汽車(chē)零件應(yīng)用z*廣泛的熱處理工藝之一。近十幾年來(lái)，真空滲碳工藝與設(shè)備在汽車(chē)工業(yè)中也得到了較多的應(yīng)用。低壓真空滲碳和高壓氣體淬火技術(shù)相結(jié)合，可以滿足轎車(chē)變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等對(duì)熱處理高質(zhì)量的要求。
低壓真空滲碳爐是在真空爐的基礎(chǔ)上，根據(jù)真空滲碳的特點(diǎn)發(fā)展而來(lái)。與常規(guī)滲碳爐相比，低壓真空滲碳爐操作簡(jiǎn)便；爐內(nèi)非常清潔，無(wú)炭黑；對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染影響。另外，該爐型升溫速度快，開(kāi)爐、停爐方便，并且節(jié)省電能，氣體消耗低。實(shí)際生產(chǎn)證明，其生產(chǎn)成本較常規(guī)滲碳明顯降低。與周期式真空滲碳爐相比，半連續(xù)式及連續(xù)式真空滲碳爐生產(chǎn)效率可分別提高25%和40%左右。半連續(xù)式及連續(xù)式低壓滲碳高壓氣淬自動(dòng)生產(chǎn)線將成為高品質(zhì)汽車(chē)零件滲碳熱處理設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)之一。圖1為連續(xù)式低壓真空滲碳自動(dòng)生產(chǎn)線。
圖1 連續(xù)式低壓真空滲碳自動(dòng)生產(chǎn)線
目前，周期式低壓滲碳高壓氣淬爐、半連續(xù)式低壓滲碳生產(chǎn)線已在上海汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)、一汽集團(tuán)、神龍汽車(chē)公司等得到應(yīng)用，用于載重汽車(chē)變速器及發(fā)動(dòng)機(jī)零件、轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及自動(dòng)變速器零件、主減速器太陽(yáng)輪軸、重載汽車(chē)的齒套和齒輪等的熱處理。
低壓離子滲碳除具有低壓滲碳的優(yōu)點(diǎn)外，由于甲烷易分解，所以滲速更快。工件經(jīng)離子滲碳后可在真空爐中油冷淬火或高壓氣體淬火，達(dá)到高的滲碳質(zhì)量要求。其主要設(shè)備為真空離子滲碳爐，已在汽車(chē)工業(yè)得到應(yīng)用，例如以高功率、低油耗、靜音化為目的的鈦制汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)的表面硬化處理等。
3.真空離子滲氮工藝與裝備
離子滲氮是以真空處理為基礎(chǔ)的高精度化學(xué)熱處理。該工藝處理溫度低，零件變形小，無(wú)氧化和化學(xué)污染，滲氮層無(wú)其他不必要的成分和結(jié)構(gòu)，表面硬度高，疲勞強(qiáng)度高，處理時(shí)間短，處理后無(wú)需研磨去除傳統(tǒng)滲氮常有的脆性“白亮層”，工藝成本低。因此，該工藝幾乎完全克服了傳統(tǒng)滲氮處理的缺點(diǎn)?，F(xiàn)用于各種汽車(chē)零部件的熱處理，包括曲軸、凸輪軸、轉(zhuǎn)向樞軸、齒輪、軸瓦、閥門(mén)、活塞棒、同步器環(huán)、計(jì)時(shí)器齒輪及鏈輪等，還用于各種工模具的熱處理。
