用感應(yīng)淬火取代滲碳滲氮是節(jié)能環(huán)保的重要進(jìn)步

楊帆，上海恒精機(jī)電設(shè)備有限公司工藝主管

感應(yīng)淬火技術(shù)自發(fā)明以來，由于其生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點，深受到熱處理工程師的青睞。不斷地用其取代傳統(tǒng)的熱處理工藝，例如調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮等。在取代以滲碳為代表的化學(xué)熱處理方面尤其效益明顯。之所以如此，因滲碳等化學(xué)熱處理工藝均為表面強(qiáng)化技術(shù)，工藝成本昂貴。感應(yīng)淬火感應(yīng)也是表面強(qiáng)化技術(shù)，而工藝成本低廉。現(xiàn)代感應(yīng)熱處理工程師的重要任務(wù)，仍然是做“取代”工作。表1是高（中）頻感應(yīng)淬火與滲碳等化學(xué)熱處理工藝的能耗比較。

大（中）模數(shù)齒輪、汽車轉(zhuǎn)向球頭銷等零件傳統(tǒng)熱處理工藝是滲碳，現(xiàn)在已經(jīng)被高（中）頻感應(yīng)淬火取代了。各種柴油機(jī)的曲軸、傳統(tǒng)熱處理工藝是調(diào)質(zhì)后再氮化，現(xiàn)在大多數(shù)曲軸采用中頻感應(yīng)淬火了。汽車玻璃升降器齒板以及座椅齒板傳統(tǒng)工藝是碳氮共滲（氰化），現(xiàn)在已被高頻感應(yīng)淬火取代了。所有這些“取代”都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

用感應(yīng)淬火取代滲碳

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

恒精公司開發(fā)了大（中）模數(shù)的齒輪感應(yīng)淬火技術(shù)。圖1是大型風(fēng)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(shù)齒輪（M6），材料40Cr，毛坯調(diào)質(zhì)，齒部高頻感應(yīng)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(zhuǎn)向拉桿球頭銷和上下臂控制球頭銷，其傳統(tǒng)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(jìn)行鍍銅保護(hù)，或涂防滲碳劑處理，致使工藝十分復(fù)雜，先后有8道工序，生產(chǎn)成本很高，感應(yīng)淬火可以局部淬火。本文另一作者林信智在20世紀(jì)60年代末期開始了45鋼球頭銷感應(yīng)淬火工藝及零件性能研究，并獲得良好力學(xué)性能（見表2），球頭銷感應(yīng)淬火工藝方法在70年代正式用于生產(chǎn)。這一工藝進(jìn)步成了國內(nèi)行業(yè)的典范。目前國內(nèi)生產(chǎn)的各種球頭銷幾乎全部采用感應(yīng)淬火工藝，僅恒精公司開發(fā)的感應(yīng)淬火球頭銷在十種以上。

球頭銷用感應(yīng)淬火替代滲碳淬火，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，按當(dāng)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(fā)了球頭銷感應(yīng)淬火技術(shù)，圖3為球頭銷淬火層照片。

載重汽車轉(zhuǎn)向螺桿，目前國內(nèi)基本采用20CrMnTi材料，滲碳淬火。近期恒精公司開發(fā)成功全自動化的轉(zhuǎn)向螺桿感應(yīng)淬火技術(shù)，并向某外企供貨。圖4為轉(zhuǎn)向螺桿感應(yīng)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(yīng)淬火層照片

圖4 轉(zhuǎn)向螺桿感應(yīng)淬火層分布

表1 高、中頻淬火與傳統(tǒng)熱處理工藝能耗比較

用感應(yīng)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(diào)質(zhì)，后因軸頸耐磨性差，疲勞強(qiáng)度低，因而又增加了氮化。但調(diào)質(zhì)加氮化處理的曲軸使用壽命仍然較短、氮化時間很長、生產(chǎn)效率很低等，對于這些缺點人們很不滿意。20世紀(jì)中期發(fā)明感應(yīng)淬火后，感應(yīng)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(fā)明了曲軸軸頸及圓角同時感應(yīng)淬火技術(shù)，使曲軸的疲勞強(qiáng)度達(dá)到空前的水平，曲軸壽命明顯提高（見圖5）。當(dāng)然，由于氮化溫度較低，也具有曲軸變形小等優(yōu)點，所以曲軸調(diào)質(zhì)加氮化的工藝現(xiàn)在仍有應(yīng)用。軸頸及圓角同時感應(yīng)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(fā)成功各種曲軸圓角感應(yīng)淬火技術(shù)。圖6是大型載重汽車柴油機(jī)曲軸圓角淬火的照片。圖7是小型通用柴油機(jī)曲軸圓角淬火的照片。

結(jié)語

用感應(yīng)淬火取代滲碳等化學(xué)熱處理工藝，是節(jié)能環(huán)保的重要進(jìn)步，也是感應(yīng)熱處理工程師的重要課題。開發(fā)先進(jìn)的感應(yīng)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(qiáng)度的影響

圖6 大型載重汽車柴油機(jī)曲軸連桿軸頸圓角淬火照片

圖7> 小型通用柴油機(jī)曲軸圓角淬火的照片