汽车齿轮热处理工艺的研究进展(2)

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2.4　稀土共渗技术

稀土共渗技术使稀土渗入钢的表面层内起微合金化作

用,细化组织并提高性能,具有良好的催渗节能提高生产效率的效果,当碳势CP>1时,催渗作用更加明显[47,48]。某厂生产实践表明[49],稀土共渗技术能在很大程度上提高组织成分的均匀性,延长模具的使用寿命,采用该技术生产的齿轮符合齿轮金相检验标准,合格率明显提高,用户退货率仅为1%～2%。

2.5　液体氧氮化表面强化处理技术

液体氧氮化表面处理技术是世界最新金属盐浴表面强化改性技术,能大幅度提高齿轮表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性,,该技术已在工业中较广泛应用机车齿轮等多个行业。

2　汽车齿轮热处理新工艺

20世纪80年代中期开始我国齿轮工业获得飞速发展,

汽车所需齿轮由于技术参数要求高,对齿轮热处理质量提出了更高的要求。为了进一步提高我国齿轮热处理质量水平,满足汽车齿轮工业的需要,更快赶上国际先进水平,国内进取得了很大的发展[35]。

工艺。

3,也更加重视节能与环保,美国2020年热处理技术发展路线图对齿轮处理也提出了这一要求。同时,在信息时代,齿轮热处理工艺会更加充分利用计算机技术,使热处理生产管理、工艺过程控制、工艺设计与质量预测分析实现高度数字化、智能化。汽车齿轮热处理工艺发展趋势,总体将朝着高品质、低能耗、环保、智能化方向发展[50,51]。

高品质　进行齿轮热处理变形与控制技术研究,开发新型汽车齿轮用钢材料及精密齿轮。主要表现在:(1)材料的均匀性,即要求材料具有良好的成分和组织的均匀性;(2)温度场和流体场,即不断改善温度场和各种流体场,如渗碳、渗氮、碳氮共渗的气流场和淬火的液态流体场的改善。

低能耗　(1)齿轮热处理先进设备的研制和发展,如开发更好的炉衬耐热和保温节能材料,尽可能降低炉壁温升,减小炉壁热损耗;(2)开发汽车齿轮成形新工艺,如净成形技术;(3)废热综合利用,如锻造余热的利用。

环保　研究开发齿轮热处理新工艺,如低压真空渗碳、双频感应淬火、离子渗氮等技术的发展。

智能化　智能化是齿轮热处理控制技术发展的必然趋势,计算机—传感器—智能库将构建成智能热处理的核心。主要表现在:(1)根据零件的材料、技术要求等,系统自动生成工艺;(2)生产过程的完全闭环自动控制;(3)零件热处理质量的预测、预判;(4)系统故障自动诊断与处置;(5)在线的自适应及应急应变能力,如开发离子渗氮、碳氮共渗所用的氮势传感器和低压渗碳的碳势传感器。

2.1　激光淬火

淬火区晶粒细小且均匀、工作环境洁净、,对提高齿轮的力学性能具有独特效果[36-37]。为提高对激光的吸收率,常在处理前对齿轮表面进行黑化处理,国内外研制出了不少光束变换系统以获得均匀的淬火带[38,39]。近10多年来,激光淬火的研究和开发迅速发展,文献[40]中一定几何参数的齿轮经过激光淬火后,有效硬化层深度在0.8mm左右,硬化层硬度达到HRC48～HRC55,实际应用效果理想。目前,激光淬火已广泛应用于汽车、冶金、重型机械等众多工

[41]

业领域。

2.2　低压真空渗碳

低压真空渗碳不仅使工件表面不被氧化,对环境无污染,而且与气体淬火相结合时变形有所改善,通过提高渗碳温度可减少处理时间,并降低气体消耗和能量消耗。通过炉子技术改进以及工艺参数的优化,可以消除真空渗碳后产生的炭黑破坏绝缘和均匀性不足等问题[42]。该工艺在发达国家的汽车行业中逐步得到应用,如奥地利欧宝汽车公司引进低压真空渗碳热处理生产线,已应用于F17、M20232变速器开发生产[43]。

2.3　BH催渗工艺

BH催渗工艺通过改变渗碳剂的裂解过程,破坏气膜层

的形成,使渗碳剂在裂解过程中产生一定数量的正四价碳离子和微量的活性氮原子,促进渗碳剂在较低温度下充分裂解,从而使零件表面活化,增加零件对碳的吸收而得到广泛推广[44]。某厂对半轴齿轮采用BH技术进行渗碳,生产效率提高了20%,每炉次节电90kW h[45]。目前,该工艺需要进一步解决的问题是,管道堵塞和渗碳层的碳化物形态控制[46]。

4　结语

目前,我国已能自行生产各类高参数的汽车齿轮,这主要归功于相关汽车齿轮热处理工艺的显著提高。通过引进大量先进制造设备与先进工艺技术,如从美国引进密封箱式多用炉、转底炉、真空退火炉和连续渗碳生产线,显著提高了国内渗碳热处理工艺技术水平。而且经过多年来一系列的先进工艺的吸收改进,如具有节能效果的真空渗碳工艺可以

详细介绍

96 材料导报:综述篇　　2010年7月(上)第24卷第7

期

有效减少变形的喷雾淬火、正压气淬、聚合物淬火等淬火工

艺,具有较少污染的等离子渗碳、低压渗碳、高压气淬、激光相变强化、真空清洗等工艺,都提高了国内汽车齿轮热处理工艺的加工水平。而且随着一些热处理新工艺进入工程应用,如真空渗碳加气淬、稀土渗碳、稀土渗氮、稀土多元共渗以及氧氮化表面强化处理等工艺,也将大大推进我国齿轮制造工艺的进步,逐步缩小与国外汽车齿轮热处理先进水平的差距。相信随着齿轮制造技术的不断发展,必将进一步促进我国汽车齿轮热处理工艺的发展。

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